Modéliser le cerveau pour mieux comprendre sa diversité
Développé avec le soutien des projets NEMESIS, EBRAINS 2.0(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), VIRTUAL BRAIN TWIN(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et HBP SGA3(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financés par l’UE, ce modèle informatique apporte un éclairage précieux sur le fonctionnement du cerveau humain. Comme le décrit l’étude(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) publiée dans la revue «Proceedings of the National Academy of Sciences», ce modèle montre que les différences régionales entre les récepteurs cérébraux contribuent à façonner l’activité neuronale dans l’ensemble du cerveau.
Des mécanismes moléculaires aux états cérébraux globaux
Le cerveau présente naturellement une grande diversité, de sa composition chimique à sa structure, des molécules les plus petites aux grandes régions anatomiques. Les scientifiques ne comprennent toutefois pas encore pleinement comment cette diversité influe sur l’activité électrique globale du cerveau, et la plupart des modèles cérébraux à grande échelle simplifient la réalité en considérant que toutes les régions corticales fonctionnent de la même manière. «L’un des grands défis des neurosciences consiste à comprendre comment les processus qui se déroulent à l’échelle moléculaire influent sur le fonctionnement du cerveau dans son ensemble», explique Leonardo Dalla Porta, premier auteur de l’étude, membre de NEMESIS et de l’Institut de recherche biomédicale August Pi i Sunyer (IDIBAPS), partenaire du projet HBP SGA3 en Espagne, dans un communiqué publié sur «EurekAlert!»(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Notre étude illustre concrètement comment nous pouvons commencer à relier ces échelles très différentes au sein d’un même cadre informatique.» Dans cette étude, les chercheurs ont développé un modèle informatique détaillé du cortex capable de simuler différents états cérébraux, de l’éveil au sommeil. Le modèle s’appuie sur des données humaines réelles concernant les connexions physiques entre les régions cérébrales et la localisation de récepteurs spécifiques, les récepteurs muscariniques de l’acétylcholine, à partir de données génétiques et d’images cérébrales. Les cartes de répartition des récepteurs ont servi à moduler la facilité avec laquelle les différentes régions du cerveau s’activent. L’équipe a découvert que le fait d’ajuster le niveau d’activité en fonction de la répartition naturelle de ces récepteurs modifiait considérablement le comportement de l’ensemble du réseau cérébral. La synchronisation entre les régions s’en trouvait améliorée et les informations circulaient plus efficacement. Ces résultats suggèrent que la diversité naturelle du cerveau permet aux différentes régions cérébrales de mieux se synchroniser et d’échanger plus efficacement des informations, ce qui lui permet de passer avec souplesse d’un état à l’autre.
Percer les secrets des états cérébraux mixtes
Fait intéressant, la diversité naturelle du cerveau permet également d’expliquer la coexistence d’une activité localisée semblable à celle du sommeil au sein d’états où le reste du cerveau présente des caractéristiques de l’éveil. L’équipe a étudié une situation complexe dans laquelle de petites régions du cerveau présentaient des ondes lentes caractéristiques du sommeil, tandis que le reste du cerveau fonctionnait comme s’il était éveillé. Les chercheurs ont démontré que cette coexistence d’états résultait naturellement de la combinaison de la capacité des différentes régions à s’adapter à l’activité et de leurs connexions physiques. Dans l’ensemble, l’étude soutenue par NEMESIS (NEurological MEchanismS of Injury, and Sleep-like cellular dynamics), EBRAINS 2.0 (EBRAINS 2.0: A Research Infrastructure to Advance Neuroscience and Brain Health), VIRTUAL BRAIN TWIN (Virtual Brain Twin for personalised treatment of Psychiatric Disorders) et HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3) révèle que la diversité moléculaire et structurelle du cerveau joue un rôle essentiel dans la formation de son activité à grande échelle. Cette découverte génère de nouvelles possibilités pour relier les mécanismes biologiques à petite échelle au fonctionnement global du cerveau, ouvrant ainsi la voie à des simulations plus précises des troubles neurologiques et à des traitements personnalisés. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet NEMESIS page web du projet EBRAINS 2.0(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) site web du projet VIRTUAL BRAIN TWIN(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) site web du projet HBP SGA3(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre)
