Même un simple mouvement comme appuyer sur un bouton envoie des ondulations d’activité partout réseaux de neurones s’étendant à travers le cerveau, selon de nouvelles recherches de l’Université de l’Oregon.
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La découverte met en évidence à quel point le cerveau humain est complexe, remettant en question l’image simplifiée des manuels scolaires de zones cérébrales distinctes dédiées à des fonctions spécifiques.
« Il est vraiment bien connu que le cortex moteur primaire contrôle la sortie du mouvement », a déclaré Alex Rockhill, étudiant diplômé dans le laboratoire du professeur de physiologie humaine Nicki Swann. « Mais il y a beaucoup plus dans le mouvement que cette seule zone du cerveau. »
Rock Hill est le premier auteur d’un nouvel article du laboratoire, publié dans le Journal d’ingénierie neuronale.
Swann et son équipe étudient les réseaux du cerveau humain grâce à une collaboration avec des médecins et des chercheurs de l’Oregon Health & Science University.
L’équipe de l’OHSU utilise une technique EEG intracrânienne pour déterminer où les crises peuvent commencer chez les patients atteints d’épilepsie résistante au traitement. Ils implantent chirurgicalement un réseau d’électrodes dans le cerveau des patients pour identifier précisément quand et où une crise se produit et éventuellement supprimer la zone cérébrale affectée.
L’EEG intracrânien peut également fournir des informations précieuses sur d’autres activités cérébrales. C’est une technique « étalon-or », a déclaré Swann. Mais c’est un outil auquel les chercheurs ont rarement accès, car l’implantation des électrodes est un processus très intensif. Les participants à l’étude de Swann ont accepté de laisser son équipe étudier leur cerveau alors qu’ils sont déjà connectés à des électrodes pour l’étude sur les crises.
Swann et ses collègues ont confié aux participants à l’étude une tâche simple liée au mouvement : appuyer sur un bouton. Ils ont enregistré l’activité de milliers de neurones dans tout le cerveau pendant que les participants effectuaient la tâche. Ensuite, ils ont testé s’ils pouvaient former un ordinateur pour identifier si des modèles particuliers d’activité cérébrale étaient capturés pendant que le participant était au repos ou en mouvement.
Dans certaines zones du cerveau, les signaux étaient évidents. C’étaient des zones auparavant liées au mouvement, où la plupart des neurones sont probablement concentrés sur ce comportement. Mais les chercheurs ont également trouvé des signaux cérébraux prédictifs du mouvement dans tout le cerveau, y compris dans des zones qui ne lui sont pas spécifiquement dédiées.
Dans de nombreuses parties du cerveau, « nous pouvons prédire avec une précision supérieure au hasard si ces données provenaient ou non d’un mouvement », a déclaré Swann.
« Nous avons découvert qu’il existe un éventail de zones cérébrales, des zones motrices primaires où vous pouvez décoder que la personne bouge 100 % du temps, à d’autres zones qui peuvent être décodées 75 % du temps », a ajouté Rockhill.
Dans certaines des zones qui ne sont pas spécialisées dans le mouvement, « certains des neurones peuvent se déclencher, mais ils peuvent être submergés par des neurones qui ne sont pas liés au mouvement », a-t-il déclaré.
Leurs découvertes complètent une étude publiée en 2019 dans la revue Nature, dans laquelle d’autres chercheurs ont montré des réseaux cérébraux de grande envergure similaires liés au mouvement chez la souris.
« Cet article a montré que le mouvement est partout dans le cerveau, et notre article montre que c’est également vrai chez les humains », a déclaré Swann.
Le phénomène ne se limite probablement pas non plus au mouvement. D’autres systèmes, comme la vision et le toucher, s’étendent également probablement à une plus grande partie du cerveau qu’on ne le pensait auparavant.
Maintenant, l’équipe travaille sur le développement de nouvelles tâches qui impliquent différents types de mouvements, pour voir comment ceux-ci se manifestent dans le cerveau. Et ils prévoient de continuer à développer la collaboration avec l’OHSU, en impliquant davantage de chercheurs dans le projet et en acquérant une compréhension plus approfondie des subtilités du cerveau.
« Il y a beaucoup d’opportunités maintenant que nous avons cette nouvelle collaboration », a déclaré Swann. « Nous sommes vraiment chanceux d’avoir l’opportunité de collecter des données aussi intéressantes en travaillant avec l’équipe de l’OHSU et leurs incroyables patients. »
Source: Université de l’Oregon
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