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Démêler les interactions entre les zones du cerveau

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Explorer comment les zones du cerveau communiquent entre elles est au centre d’une collaboration de recherche de longue date entre l’Université Carnegie Mellon, l’Albert Einstein College of Medicine et Champalimaud Research. L’équipe intercontinentale enregistre simultanément des populations de neurones dans plusieurs zones cérébrales du système visuel et utilise de nouvelles méthodes statistiques pour observer les modèles d’activité neuronale transmis entre les zones. Leurs dernières découvertes révèlent que la signalisation par anticipation et par rétroaction implique différents modèles d’activité neuronale, apportant une nouvelle compréhension de la façon dont le cerveau traite les informations visuelles.

Une myriade de fonctions cérébrales, telles que voir, entendre et prendre des décisions, nécessite plusieurs zones cérébrales pour communiquer entre elles. Les chercheurs ont déjà étudié des paires de neurones ou une mesure agrégée de l’activité neuronale dans plusieurs domaines pour évaluer la manière dont les informations sont saisies, traitées, puis utilisées dans la vie quotidienne. Peu de groupes ont étudié, avec autant de détails, des populations de neurones ensemble pour voir quel type de schémas d’activité sont communiqués à travers les zones cérébrales.

« L’idée de cette étude était d’étudier comment l’information circule dans deux zones du cortex visuel, V1 et V2 », explique João D. Semedo, premier auteur de l’ouvrage publié dans Communication Nature et ancien doctorat en génie électrique et informatique. élève. « Nous avions de bonnes raisons de croire que les zones communiquaient entre elles, sur la base de l’anatomie, mais le suivi du flux de signaux entre les zones s’est avéré très difficile. »

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Semedo poursuit : « Grâce à la technologie pionnière du laboratoire du Dr Kohn, nous avons pu enregistrer plusieurs zones cérébrales en même temps, et dans chacune de ces zones cérébrales, enregistrer de nombreux neurones. C’est l’activité d’un groupe de neurones ensemble qui nous dit ce qui se passe spécifiquement. Ensuite, nous avons appliqué des méthodes statistiques de manière créative pour extraire des signaux qui n’avaient pas été extraits auparavant.

Dans leur analyse, le groupe a identifié des interactions dirigées entre les zones du cerveau et a confirmé que les schémas d’activité dans les interactions d’anticipation (de V1 à V2) différaient des schémas d’activité dans les interactions de rétroaction (de V2 à V1). Des réunions hebdomadaires et une approche soudée et axée sur le travail d’équipe ont permis aux collaborateurs de rester connectés sur tous les aspects du travail et ont contribué à leur succès.

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« Comprendre ce qui est communiqué d’une zone du cerveau à une autre est difficile à démêler, car les signaux circulent dans toutes les directions, tout le temps », explique Adam Kohn, professeur de neurosciences à l’Albert Einstein College of Medicine. « Ce qui me passionne le plus dans ce travail, ce sont les perspectives qu’il ouvre pour l’avenir. Si nous pouvons identifier les schémas d’activité impliqués dans différentes directions de signalisation, ce sera un grand pas en avant dans la compréhension du fonctionnement du cerveau. « 

Plus largement, ces méthodes pourraient être appliquées pour étudier le flux de communication dans d’autres zones du cerveau, en dehors du système visuel.

« Des études comme celles-ci augmentent notre compréhension scientifique de base du fonctionnement du cerveau », déclare Byron Yu, professeur de génie biomédical et de génie électrique et informatique. « De nombreux troubles cérébraux impliquent une rupture de la communication entre les zones cérébrales. Ce travail pionnier pourrait conduire à de nouveaux traitements pour ces troubles, et même nous aider à développer de nouvelles méthodes pour favoriser le développement du cerveau et des moyens d’apprendre. »


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