Nous disposons d'une nouvelle carte du cerveau

"Pour faire une analogie cartographique, nous avons là l’équivalent d’une carte du monde du 19e siècle, mais pour le cerveau."
21.7.16

Différentes aires du cerveau représentées sur la nouvelle carte. Image: Matthew F. Glasser, David C. Van Essen

Le cerveau humain est une structure complexe, constituée de différentes régions étroitement connectées les unes aux autres. Pendant des siècles, les scientifiques ont tenté de cartographier ces régions dans l'espoir de mieux comprendre le fonctionnement cérébral. Même si l'importance de cette cartographie a été relativisée depuis, les chercheurs viennent de publier un nouvel « atlas » du cerveau qui inclue les nouvelles connaissances qu'ont acquis les neurosciences, ainsi que 100 nouvelles régions cérébrales qui n'avaient encore jamais été inclues dans un modèle.

Le but était d'offrir aux neuroscientifiques un support précis pour repérer et identifier les zones du cerveau, ce qui pourrait constituer un outil de choix en neuropathologie par exemple.

La nouvelle carte associe différentes zones avec différentes tâches et différentes couleurs : bleu pour la vision et rouge pour l'audition, par exemple.

Les zones du cerveau associées à un code couleur. Image: Glasser et al/Nature

Mais pour David Van Essen, neuroscientifique à l'Université de Washington, les connections entre les différentes aires du cerveau sont tout aussi importantes que la localisation des aires elles-mêmes. « Ce qui nous est apparu clairement, et ce que confirment les dernières études sur le sujet, c'est qu'il n'y a pas de frontière nette entre ce qui apparait en bleu et ce qui apparait en vert, » explique-t-il. « On observe plutôt des transitions graduelles, ce qui indique qu'il existe un entremêlement et une coordination entre différentes modalités sensorielles et différents domaines cognitifs. »

En d'autres mots, de nombreuses questions demeurent quant au nombre d'aires corticales réellement spécialisées dans une tâche spécifique. Elles pourraient avant tout dépendre d'un vaste réseau parfaitement coordonné avant d'être consacrées à une fonction en particulier.

Van Essen a expliqué à Motherboard qu'il travaille sur la « cartographie corticale » depuis les années 70, mais que ce n'est qu'aujourd'hui, grâce aux récentes avancées technologiques, que cette carte a été rendue possible.

Dans leur article publié mercredi dans le journal Nature, les chercheurs décrivent 180 nouvelles zones dans chaque hémisphère du cortex cérébral, la matière grise périphérique des hémisphères cérébraux qui joue un rôle primordial dans la fonction moteur, le langage et le raisonnement logique, entre autres.

« Il ne s'agit en aucun cas d'un Google Maps du cerveau. »

Van Essen compare ce travail à la cartographie de la planète Terre : selon lui, les plis physiques du cerveau sont analogues à la topologie terrestre, tandis que les zones identifiées dans la nouvelle carte sont comparables aux « subdivisions politiques à la surface de notre planète. »

« Ces zones ne sont pas basées sur les plis du cortex en soi, mais plutôt sur la communication, les interactions, les connexions complexes entre les milliards de neurones qui composent le cortex cérébral, » ajoute-t-il.

Les chercheurs, dirigés par Matthew Glasser de l'Université de Washington, ont réalisé leurs cartes après avoir analysé plusieurs types de données issues de scans IRM du cerveau de 210 personnes, et recueillies à l'occasion d'un consortium : le Human Connectome Project.

Dans un article également publié dans Nature, l'ingénieur BT Thomas Yeo et le neuroscientifique Simon Eickhoff expliquent que la principale différence entre cette nouvelle carte et les essais cartographiques plus anciens est que, cette fois, les chercheurs ont étudié plusieurs caractéristiques du cerveau (et non une seule) afin de repérer les délimitations entre les zones cérébrales. Les scans IRM ont, entre autres, permis de prêter attention à l'épaisseur du cortex et au débit sanguin, au repos et en activité.

Cette image montre un scan IRM sur un sujet en train d'écouter un récit audio. Image: Matthew F. Glasser, David C. Van Essen

Pour vérifier que leurs conclusions étaient applicables au cerveau de personnes différentes, les chercheurs ont ensuite utilisé des algorithmes d'apprentissage automatique afin de comparer les zones étudiées au sein d'un groupe de 210 personnes. Leurs résultats prouvent que les cartes des chercheurs sont valables et utiles en dépit des variations individuelles, parfois importantes.

C'est à la communauté des neuroscientifiques dans son ensemble de décider quel usage faire de la carte ; les chercheurs espèrent que leurs pairs utiliseront cette nouvelle cartographie comme un nouveau paradigme afin de tester leurs propres résultats.

Van Essen explique que le projet a jusque là rencontré intérêt et enthousiasme dans la communauté scientifique. « Nous pensons que nos travaux seront utiles à tous, » dit-il.

Il ne faut cependant pas oublier que nos connaissances sur le cerveau demeurent très incomplètes, et que cette nouvelle carte possède ses limites.

« Notre ambition est de mettre au point les meilleures cartes possibles, mais nous devons rester honnêtes : avec nos connaissances actuelles, il ne s'agit en aucun cas d'une Google Map du cerveau, » confesse-t-il. « Nous ne pouvons pas explorer le cortex cérébral jusqu'au niveau des neurones individuels. »

Pour faire une analogie cartographique, nous avons là l'équivalent d'une carte du monde du 19e siècle, mais pour le cerveau. Ce sera suffisant pour repérer les continents et les dragons, cependant.