Le paradigme centenaire a été changé

La forme de notre cerveau plutôt que l’interaction entre différentes régions joue un rôle important en influençant nos pensées, nos émotions et nos actions.

Depuis plus de cent ans, les scientifiques pensent que nos pensées, nos sentiments et nos rêves sont façonnés par la façon dont différentes régions du cerveau interagissent à travers un vaste réseau de billions de connexions cellulaires.

Cependant, une étude récente menée par une équipe du Turner Institute of Brain and Mental Health de l’Université Monash a examiné plus de 10 000 cartes différentes de l’activité cérébrale humaine et a constaté que la forme générale du cerveau d’un individu a une plus grande influence sur les processus cognitifs, les émotions et le comportement que la connectivité neuronale complexe.

Une étude récemment publiée dans une prestigieuse revue, d’accord Il rassemble des approches de la physique, des neurosciences et de la psychologie pour inverser un paradigme centenaire qui met l’accent sur l’importance de la connectivité cérébrale complexe et identifier à la place des liens auparavant sous-estimés entre la forme et l’activité du cerveau.

L’auteur principal et co-chercheur, le Dr James Bang, du Turner Institute et de la Monash University School of Psychological Sciences, a déclaré que les résultats étaient importants car ils simplifient considérablement la façon dont nous pouvons étudier le fonctionnement, le développement et le vieillissement du cerveau.

“Ce travail ouvre des opportunités pour comprendre les effets de maladies telles que la démence et les accidents vasculaires cérébraux en examinant des modèles de la forme du cerveau, avec lesquels il est plus facile de travailler que des modèles de l’ensemble des connexions dans le cerveau”, a déclaré le Dr. Serrement.

“Nous pensons depuis longtemps que certaines pensées ou sensations déclenchent une activité dans certaines parties du cerveau, mais cette recherche révèle que des schémas d’activité organisés sont stimulés dans presque tout le cerveau, un peu comme la façon dont les notes de musique émergent des vibrations se produisant le long des cordes d’un violon, pas seulement des sections isolées “, a-t-il déclaré.

L’équipe de recherche a utilisé l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour étudier les modes propres, qui sont des modèles naturels de vibration ou d’excitation dans un système, dans lesquels différentes parties du système sont excitées à la même fréquence. Les automodules sont couramment utilisés pour étudier les systèmes physiques dans des domaines tels que la physique et l’ingénierie, et n’ont été adaptés que récemment pour étudier le cerveau.

Ce travail se concentre sur le développement de la meilleure façon de construire efficacement des modes propres pour le cerveau.

Le co-auteur principal, le Dr Kevin Aquino, de BrainKey et de l’Université de Sydney, a déclaré : “Tout comme la fréquence de résonance d’une corde de violon est déterminée par la longueur, la densité et la tension, les modes propres du cerveau sont déterminés par leurs propriétés structurelles – physiques, géométriques et anatomiques -, mais les propriétés spécifiques qui comptent le plus restent un mystère”.

L’équipe, dirigée par le professeur Alex Fornetto, membre de l’Institut Turner et de l’ARC School of Psychological Science, a comparé comment les profils subjectifs obtenus à partir de modèles de forme cérébrale pouvaient expliquer différents modèles d’activité par rapport aux profils subjectifs obtenus à partir de modèles de connectivité cérébrale.

“Nous avons constaté que les modes propres déterminés par la géométrie du cerveau – leurs contours et leurs courbures – représentent les contraintes anatomiques les plus fortes sur la fonction cérébrale, tout comme la forme d’un cylindre influence le son qu’il produit”, a déclaré le professeur Fornetto.

“En utilisant un modèle mathématique, nous avons confirmé la prédiction théorique selon laquelle la relation étroite entre la géométrie et la fonction est entraînée par une activité ondulatoire qui se propage dans tout le cerveau, tout comme la forme d’un étang influence les ondulations des vagues formées par la chute de cailloux”, dit-il.

“Ces découvertes augmentent la possibilité de prédire la fonction cérébrale directement à partir de sa forme, ouvrant de nouvelles voies pour explorer comment le cerveau contribue aux différences individuelles de comportement et au risque de maladies psychiatriques et neurologiques.”

L’équipe de recherche a découvert que dans plus de 10 000 cartes d’activité IRM, qui ont été obtenues lorsque les sujets exécutaient diverses tâches développées par des neuroscientifiques pour explorer le cerveau humain, l’activité était dominée par des modèles subjectifs avec des modèles spatiaux ayant de très longues longueurs d’onde, s’étendant sur des distances de plus de 40 millimètres.

“Ces résultats contredisent la sagesse conventionnelle, selon laquelle l’activité au cours de plusieurs tâches est souvent supposée se produire dans des zones de concentration et isolées d’une activité élevée, et nous indique que les méthodes traditionnelles de cartographie du cerveau ne peuvent représenter que la pointe de l’iceberg lorsqu’il s’agit de comprendre le fonctionnement du cerveau”, a déclaré le Dr. Serrement.

Référence : “Engineering Limitations of Human Brain Function” par James C. Pang, Kevin M. Aquino, Marian Oldenkel, Peter A. Robinson, Ben de Fulcher, Michael Breakspeare, Alex Fornetto, 31 mai 2023, disponible ici. d’accord.
DOI : 10.1038/s41586-023-06098-1