Les stimuli externes et leur effet sur l'activité cérébrale
Les réseaux d'études de communication peuvent nous aider à mieux comprendre la façon dont fonctionne le cerveau. On a découvert que les régions du cerveau sont compartimentées en modules, des régions de groupes densément interconnectés, qui sont moins connectés avec d'autres régions dans d'autres groupes. Cette division permet de ségréger ces parties du cerveau avec une fonction spécialisée, mais n'explique pas d'où les informations de différents sens sont combinées et intégrées. La présence de régions très connectées du cerveau, appelées concentrateurs, peuvent représenter la partie manquante du puzzle. Ces concentrateurs, qui étendent leurs connexions parmi différents modules spécialisés, pourraient «entendre» les informations de différentes modalités sensorielles et le partager avec d'autres hubs (ou centres d'activité). Ces implications ont été explorées par le projet INTERACTIONS (Investigation of the interaction between external stimulation and ongoing brain activity in cortical networks: analysis, modeling and empirical corroboration), financé par l'UE. Les chercheurs se sont penchés sur la connectivité structurelle des cerveaux de chats, de macaques et d'êtres humains pour développer des modèles dynamiques qui simulent leur activité. Les résultats ont été comparés à des observations empiriques de la dynamique du cerveau humain à l'aide des données IRMf. On a découvert que la classe de structures hiérarchiques auxquelles appartient le cerveau, dans lequel l'organisation modulaire et les hubs sont combinés, sont les meilleures structures pour abriter des processus dynamiques du complexe en comparaison à d'autres structures hiérarchiques. Autrement dit, un cerveau connecté de façon aléatoire serait incapable de catégoriser les informations externes qu'il reçoit, alors qu'un cerveau formé par des modules parfaits ne pourrait pas traduire ces informations. INTERACTIONS cherche également à découvrir à quel genre de système dynamique appartient le cerveau. Les chercheurs se sont donc penchés sur l'IRMf de sujets sains au repos afin de déterminer si l'activité dynamique du cerveau erre aléatoirement tout en explorant la large quantité d'états auxquels accéder, ou si il se limite à un ensemble fini d'états. Ce dernier est détectable si le système retourne aux états qu'il a déjà visités précédemment. Les résultats ont indiqué que la dynamique du cerveau favorise partiellement de façon récurrente un riche ensemble fini d'états malgré le nombre presque infini d'états possibles qu'il pourrait se fixer. Ce comportement dynamique robuste quoique flexible, est soutenu par le réseau physique sous-jacent de connexions qui est organisé de façon hiérarchique en modules de régions cérébrales spécialisées interconnectées via des régions de concentrateurs. INTERACTIONS a mis au point des outils computationnels pour analyser des réseaux complexes. Les résultats du projet approfondiront notre compréhension sur l'organisation du cerveau, son comportement dynamique et sur la façon dont les modèles sont créés pour reproduire son activité.
Mots‑clés
Électroencéphalographie, cerveau, imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, voies de communication, intégration multisensorielle, réseaux hiérarchiques, hubs
