Une collaboration de recherche internationale du Département de physiologie, de l’École de médecine de l’Université de Kobe, du Département de pharmacologie, de l’École de médecine de l’Université d’Hokkaido et du Centre RIKEN de recherche sur la dynamique des biosystèmes a développé un système d’imagerie VR capable de mesurer une large gamme de activité neuronale dans le cortex des souris lors d’un comportement actif. Cela leur a permis de mettre en lumière des anomalies dans la dynamique du réseau fonctionnel cortical trouvées dans des modèles murins d’autisme. À l’aide de l’apprentissage automatique, ils ont également pu distinguer avec une grande précision les souris modèles d’autisme des souris de type sauvage en fonction des modèles du réseau fonctionnel cortical lorsque les souris commencent ou arrêtent de courir.
Ces dernières années, des recherches ont été menées pour identifier les anomalies cérébrales fonctionnelles propres aux personnes autistes. Les études d’IRMf à l’état de repos suggèrent que la densité des réseaux cérébraux fonctionnels augmente chez les jeunes autistes et diminue chez les adultes. Cependant, ces changements varient considérablement d’un individu à l’autre. Étant donné que l’analyse a été effectuée lorsque les participants étaient au repos, il n’était pas clair comment les anomalies des réseaux cérébraux fonctionnels affectent le comportement.
Les chercheurs ont analysé des fenêtres de temps de trois secondes avant et après que la souris ait spontanément commencé ou arrêté de se déplacer sur le tapis roulant (locomotion) et ont examiné les caractéristiques du réseau à chaque fenêtre de temps. Les résultats ont révélé que la structure du réseau change avec le début de la locomotion et que la modularité augmente. Ils ont également constaté que la structure du réseau revient à l’état de repos lorsque la locomotion s’arrête. Ainsi, ils ont pu visualiser la dynamique du réseau lors du passage du repos à la locomotion et de la locomotion au repos.
Les chercheurs ont ensuite utilisé ce système d’imagerie VR pour analyser le réseau cortical fonctionnel de souris modèles d’autisme. Pour l’expérience, ils ont utilisé des souris 15q dup, le premier modèle établi d’autisme chez la souris avec des variations du nombre de copies. Les souris 15q dup présentaient une locomotion et une distance parcourue réduites dans l’espace VR. L’examen du réseau cortical fonctionnel a révélé des connexions de réseau plus élevées après le début de la locomotion, une centralité de réseau plus faible et une modularité de réseau fonctionnelle plus faible.
En résumé, les souris 15q dup, un modèle d’autisme, avaient un réseau cortical fonctionnel dense pendant la locomotion et une modularité réduite. Les chercheurs ont également découvert que l’apprentissage automatique peut identifier très précisément des modèles murins d’autisme en fonction de leurs modèles de réseau cortical fonctionnels associés à des changements de comportement.
Le réseau cérébral fonctionnel dans les modèles murins d’autisme est caractérisé par la connectivité fonctionnelle du cortex moteur, qui est cruciale pour déterminer l’autisme. Des études détaillées de ces connexions anatomiques et de la neurophysiologie aideront à élucider quels réseaux entre le cortex moteur et d’autres régions du cerveau jouent un rôle critique dans la pathologie de l’autisme. De plus, de nouvelles recherches sur la dynamique du réseau cérébral fonctionnel de l’autisme lors d’un comportement actif devraient conduire à la découverte de nouveaux biomarqueurs pour le diagnostic de l’autisme.
En analysant l’activité corticale étendue enregistrée chez les souris actives, les chercheurs ont pu visualiser les changements dynamiques dépendants du comportement dans le réseau cortical fonctionnel du cerveau. La réalité virtuelle permet la création d’environnements multimodaux qui utilisent plusieurs entrées sensorielles, y compris les sens visuels, auditifs et olfactifs. Étant donné qu’un symptôme majeur de l’autisme chez les personnes est une communication sociale altérée, les chercheurs aimeraient créer un environnement social pour les souris dans l’espace virtuel et étudier comment la dynamique fonctionnelle du réseau change lorsque les souris modèles autistes adoptent des comportements sociaux. .
Les résultats de cette recherche sont publiés aujourd’hui dans la revue Rapports de cellule.
