Une nouvelle technologie peut aider à éclairer la stimulation cérébrale


La stimulation cérébrale, telle que la stimulation cérébrale profonde (DBS), est un moyen puissant de traiter les troubles neurologiques et psychiatriques. Bien qu’il ait procuré des avantages thérapeutiques aux personnes souffrant de la maladie de Parkinson, d’Alzheimer et de la toxicomanie pendant plus d’une décennie, son mécanisme neuronal sous-jacent n’est pas encore entièrement compris.

Les chercheurs du Queensland Brain Institute (QBI) sont maintenant sur le point de percer le mystère de l’activité cérébrale pour mieux comprendre ce mécanisme et potentiellement prédire les résultats de la DBS.

Le cerveau est un réseau très complexe de circuits organisés hiérarchiquement avec des connexions étendues. Les connexions vont dans des directions différentes, en avant et en arrière, et entre des neurones qui sont soit excitateurs – les accélérateurs d’une réponse – soit inhibiteurs – les freins modifiant une réponse.

« Disons que vous voulez bouger votre main – une fois que ce signal est lancé, nous nous attendons à ce que l’activité qui suit dépende des réseaux neuronaux du cerveau », a déclaré le professeur agrégé Kai-Hsiang Chuang.

« Ce que nous ne comprenons pas complètement, c’est comment ou quand ces composants structurels et fonctionnels du cerveau interagissent pour éventuellement conduire au résultat du mouvement de la main. »

L’IRM fonctionnelle (IRMf) est la technique la plus utilisée pour étudier les réseaux cérébraux. L’IRMf suit les changements de flux sanguin et d’oxygénation suite à l’activité neuronale, mesurant ainsi indirectement les connexions fonctionnelles en cours de formation et nous donnant une indication de l’endroit où l’activité cérébrale se propage.

L’activité cérébrale, cependant, n’est pas aussi simple qu’un signal voyageant d’une zone à l’autre.

L’équipe du laboratoire Chuang a développé une nouvelle technique d’IRMf ultrarapide avec une résolution temporelle considérablement accrue, leur permettant de capturer la dynamique de l’activité cérébrale à un niveau inférieur à la seconde.

Le professeur agrégé Chuang a déclaré que la nouvelle technique avait permis de mieux comprendre comment et quand les connexions structurelles et fonctionnelles du cerveau interagissent.

« La première nouvelle découverte que nous avons faite est que l’activité cérébrale non seulement se propage à travers le câblage structurel, mais suit certains circuits préférentiels en fonction de leur distribution neuronale excitatrice et inhibitrice », a-t-il déclaré.

« La communication entre les régions cérébrales de types cellulaires similaires devient plus fluide et l’activité cérébrale plus forte. »

Le groupe Chuang a suivi l’activité cérébrale des souris à la fois stimulées et au repos en utilisant leur technique d’IRMf ultrarapide. Lorsque le cerveau était stimulé, l’activité suivait le câblage structurel dans le sens direct – de A à B puis de B à C. Lorsque le cerveau était au repos, l’activité était plus dépendante de l’organisation du type cellulaire et moins du câblage structurel, se propageant entre C et B mais pas avec A, si c’est là que se trouvait le circuit préférentiel.

Cela signifie que la façon dont l’information est traitée dépend en réalité de votre état, alors qu’on pensait auparavant que l’activité cérébrale fonctionnait de la même manière, que vous soyez au repos ou occupé à effectuer une tâche.

« La deuxième découverte que nous avons faite est que le signal sanguin détecté par l’IRMf pourrait refléter l’organisation du réseau et la distribution des types de cellules », a déclaré le professeur agrégé Chuang.

« Ces découvertes ont des implications importantes sur le fonctionnement de la structure cérébrale et sur la manière de prédire l’activité en fonction de la connaissance de cette structure. Plus concrètement, ce que nous savons maintenant aura un impact sur la conception du DBS et d’autres techniques de stimulation cérébrale.

« Les prochaines étapes consistent à travailler avec des cliniciens versés dans la stimulation cérébrale pour déterminer comment nous pouvons utiliser ces connaissances combinées avec des données humaines pour aider à améliorer notre compréhension de la DBS. »

Cette compréhension plus complète pourrait nous permettre de mieux prédire les résultats de la DBS et potentiellement d’améliorer sa conception pour de meilleurs résultats thérapeutiques.

Cette étude a été publiée pour la première fois dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).

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