![\"\"](\"https:\/\/www.blog-lecerveau.org\/wp-content\/uploads\/connectome.jpg\" "\\"connectome\\"")
<\/p>\n<\/p>\n
Comme \u00e0 chaque lundi de cet automne<\/span><\/a><\/span>, voici un bref aper\u00e7u de la prochaine s\u00e9ance du cours sur\u00a0la \u00ab\u00a0cognition\u00a0incarn\u00e9e\u00a0\u00bb<\/span><\/a><\/span> que je donnerai mercredi prochain \u00e0 18h au local A-1745 du pavillon Hubert-Aquin de l\u2019UQAM.<\/p>\n Apr\u00e8s avoir constat\u00e9 la semaine derni\u00e8re<\/span><\/a><\/span> que des ph\u00e9nom\u00e8nes oscillatoires rythmiques \u00e9mergent de l\u2019interaction des populations neuronales dans notre cerveau, nous allons maintenant consid\u00e9rer l\u2019organisation spatiale de ces r\u00e9seaux de neurones.<\/p>\n Ce n\u2019est pas d\u2019hier qu\u2019on tente de cartographier le cerveau humain. Sans remonter jusqu\u2019\u00e0 la phr\u00e9nologie du XIXe si\u00e8cle, on peut citer les efforts d\u2019un Korbinian Brodmann<\/span><\/a><\/span> au d\u00e9but du XXe si\u00e8cle dont la c\u00e9l\u00e8bre carte corticale subdivis\u00e9e en 52 aires distinctes sert encore de r\u00e9f\u00e9rence en recherche m\u00eame aujourd\u2019hui.<\/p>\n C\u2019est que les caract\u00e9ristiques neuronales utilis\u00e9es par Brodmann pour \u00e9tablir sa carte (la taille, la forme et la r\u00e9partition des neurones dans les six couches du cortex) a conserv\u00e9 sa pertinence en tant que reflet d\u2019un certain type d\u2019activit\u00e9 fonctionnelle. Ainsi, de gros neurones dans la couche 5 et 6 sont le gage d\u2019une aire motrice dont les axones doivent descendre loin dans la moelle \u00e9pini\u00e8re. Ou encore, une couche 4 bien d\u00e9velopp\u00e9e est le signe tr\u00e8s probable d\u2019une aire sensorielle, puisque c\u2019est la couche qui re\u00e7oit les inputs en provenance de l\u2019ext\u00e9rieur du cortex.<\/p>\n Mais il y a d\u2019autres crit\u00e8res que la cytoarchitecture qui peuvent servir \u00e0 d\u00e9limiter des r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales. Le trac\u00e9 des connexions c\u00e9r\u00e9brales, avec les techniques de tra\u00e7age classiques<\/span><\/a><\/span>, en est un autre. Tout comme la forme des structures c\u00e9r\u00e9brales ou leurs fonctions que les techniques d\u2019imagerie c\u00e9r\u00e9brale permettent d\u2019investiguer. Quel que soit le crit\u00e8re choisi, on se heurte toutefois dans tous les cas \u00e0 un m\u00eame probl\u00e8me d\u2019\u00e9chelle. La circonf\u00e9rence du cerveau entier \u00e9tant de l\u2019ordre d\u2019une quinzaine ou d\u2019une vingtaine de centim\u00e8tre, et celle d\u2019une synapse de l\u2019ordre du microm\u00e8tre, il est en effet impossible de \u00ab voir \u00bb en m\u00eame temps l\u2019un et l\u2019autre. Autrement dit, aucune technique permettant de voir par exemple le d\u00e9ploiement des voies nerveuses dans l\u2019ensemble du cerveau nous permettra de voir en m\u00eame temps la position pr\u00e9cise de ses synapses. Mais les deux peuvent \u00eatre visibles ind\u00e9pendamment, avec des techniques bien diff\u00e9rentes.<\/p>\n Ce sont ces diff\u00e9rentes techniques \u00e0 l\u2019\u00e9chelle micro, meso et macro qui sont mises en \u0153uvre pour tenter de dresser le connectome <\/span><\/a><\/span>humain c\u2019est-\u00e0-dire la carte de toute les voies nerveuses du cerveau d\u2019un individu (par analogie avec le g\u00e9nome humain qui est la carte de tous nos g\u00e8nes). Une carte qu\u2019il sera toujours impossible de dresser d\u2019une fa\u00e7on d\u00e9finitive \u00e0 cause de la plasticit\u00e9 inh\u00e9rente du cerveau humain<\/span><\/a><\/span>, nos synapses se modifiant \u00e0 tout moment. Mais un peu comme pour la cartographie du g\u00e9nome humain (qui a \u00e9t\u00e9 achev\u00e9e en 2003) sans nous permettre de comprendre d\u2019un coup toutes les maladies g\u00e9n\u00e9tiques, de m\u00eame on ne croit pas que la carte g\u00e9n\u00e9rale du connectome humain nous permettra de comprendre instantan\u00e9ment les maladies mentales. Mais comme pour le g\u00e9nome, elle permettra d\u2019\u00e9laborer de nouvelles hypoth\u00e8ses et l\u2019on ne pourra sans doute plus s\u2019en passer.<\/p>\n Je ne reprendrai pas ici en d\u00e9tail les diff\u00e9rentes techniques de cartographie c\u00e9r\u00e9brale que je vais pr\u00e9senter dans la s\u00e9ance de mercredi. Je me contenterai de les citer avant de m\u2019attarder sur deux avanc\u00e9es r\u00e9centes que sont l\u2019imagerie de connectivit\u00e9 fonctionnelle et la carte de Van Essen publi\u00e9e cet \u00e9t\u00e9 dans la revue Nature<\/em>.<\/p>\n \u00c0 l\u2019\u00e9chelle micro, on peut ainsi mentionner par exemple les travaux de Sebastian Seung avec le projet EyeWire<\/span><\/a><\/span> ou ceux de Jeff Lichtman<\/span><\/a><\/span> qui permettent des reconstructions 3D impressionnantes de petits bouts de dendrites avec toutes leurs synapses et les cellules gliales associ\u00e9es.<\/p>\n \u00c0 l\u2019\u00e9chelle meso, on pense au Mouse Brain Architecture Project<\/span><\/a><\/span> ou au Mouse Connectome Project<\/span><\/a><\/span>. Sans voir les synapses, ces projets permettent de suivre les faisceaux d\u2019axone d\u2019une structure c\u00e9r\u00e9brale \u00e0 une autre, dans l\u2019ensemble de petits cerveaux comme celui des rongeurs.<\/p>\n \u00c0 l\u2019\u00e9chelle macro, il y a le projet BigBrain<\/span><\/a><\/span> o\u00f9 l\u2019on a tranch\u00e9, scann\u00e9 et analys\u00e9 le cerveau d\u2019une femme d\u00e9c\u00e9d\u00e9e \u00e0 l\u2019\u00e2ge de 65 ans, cr\u00e9ant ainsi la carte la plus d\u00e9taill\u00e9e de l\u2019int\u00e9gralit\u00e9 d\u2019un cerveau humain. Encore une fois ici, point de synapses de visibles, mais avec ses tranches de 20 microm\u00e8tres seulement, une r\u00e9solution 50 fois meilleure que le millim\u00e8tre cube de l\u2019imagerie par r\u00e9sonnance magn\u00e9tique.<\/p>\n Justement, qu\u2019en est-il de toutes ces techniques d\u2019imagerie c\u00e9r\u00e9brale ? Encore une fois rentrer dans le d\u00e9tail de fonctionnement de chacune serait trop long ici, alors je me contenterai de vous renvoyer la capsule imagerie c\u00e9r\u00e9brale du Cerveau \u00e0 tous les niveaux<\/span><\/a><\/span> ainsi que celle qui relate un protocole de cartographie fonctionnelle du cerveau avec IRMf et TEP<\/span><\/a><\/span>. Elles ont \u00e9t\u00e9 \u00e9crites il y a une bonne dizaine d\u2019ann\u00e9es maintenant et, bien que la puissance et la r\u00e9solution des appareils se soient beaucoup am\u00e9lior\u00e9s, les principes de bases demeurent toujours les m\u00eames.<\/p>\n Ce qui n\u2019emp\u00eache pas l\u2019IRMf (l\u2019Imagerie par R\u00e9sonance Magn\u00e9tique fonctionnelle) d\u2019\u00eatre p\u00e9riodiquement sous le feu des critiques<\/span><\/a><\/span>. Et encore r\u00e9cemment avec l\u2019\u00e9tude parue en juillet 2016 d\u2019Anders Eklund et ses coll\u00e8gues<\/span><\/a><\/span> d\u00e9montrant que les algorithmes de base utilis\u00e9s dans l\u2019analyse des r\u00e9sultats de l\u2019IRMf produisaient des \u00ab faux positifs \u00bb avec un taux alarmant. Mais les auteurs de l\u2019\u00e9tude ayant eux-m\u00eames ramen\u00e9 de 40 000 \u00e0 3 500 le nombre d\u2019\u00e9tudes ayant \u00e9t\u00e9 affect\u00e9es par le probl\u00e8me avant qu\u2019il ne soit r\u00e9gl\u00e9 en 2015, plusieurs voix se sont ensuite \u00e9lev\u00e9es pour dire qu\u2019il ne fallait quand m\u00eame pas jeter le b\u00e9b\u00e9 avec l\u2019eau du bain !<\/span><\/a><\/span><\/p>\n Comme promis plus haut, j\u2019aimerais terminer en disant un mot d\u2019abord sur l\u2019imagerie de connectivit\u00e9 fonctionnelle. Avec l\u2019IRM de diffusion<\/span><\/a><\/span>, c\u2019est depuis au moins une bonne d\u00e9cennie maintenant une approche tr\u00e8s utilis\u00e9e pour essayer de voir, parmi toutes les routes anatomiques disponibles dans nos r\u00e9seaux neuronaux, quelles sont celles qui sont effectivement utilis\u00e9e par les influx nerveux dans une situation donn\u00e9e.<\/p>\n Et la situation donn\u00e9e sans doute la plus \u00e9tudi\u00e9e, c\u2019est celle o\u00f9 le sujet ne fait rien de particulier et qu\u2019il est au repos. D\u2019o\u00f9 l\u2019expression de \u00ab resting state functional connectivity MRI \u00bb pour la d\u00e9crire. En mesurant les fluctuations spontan\u00e9es \u00e0 basse fr\u00e9quence de l\u2019activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale, on tente donc d\u2019identifier des r\u00e9gions qui ont naturellement tendance \u00e0 \u00ab travailler ensemble \u00bb. Pour ce faire, on prend une certaine r\u00e9gion comme r\u00e9f\u00e9rence et l\u2019on regarde quelles autres r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales oscillent au m\u00eame rythme \u00e0 un instant donn\u00e9. Assumant que cette synchronisation d\u2019activit\u00e9 est le signe d\u2019une connectivit\u00e9 intime entre ces r\u00e9gions, on peut ainsi construire des cartes de r\u00e9gions mutuellement interconnect\u00e9es.<\/p>\n C\u2019est ainsi que l\u2019on a pu mettre en \u00e9vidences de nombreux r\u00e9seaux clairement reconnaissables chez diff\u00e9rents sujets effectuant des t\u00e2ches similaires, y compris lorsqu\u2019ils ne font aucune t\u00e2che. On a donn\u00e9 le nom de \u00ab r\u00e9seau par d\u00e9faut <\/span><\/a><\/span>\u00bb \u00e0 ce dernier puisque que son activit\u00e9 augmente en l\u2019absence de t\u00e2che explicite et qu\u2019elle diminue d\u00e8s que le sujet porte son attention sur une t\u00e2che quelconque pour l\u2019effectuer. On peut donc dire que ces deux r\u00e9seaux, celui du mode par d\u00e9faut et le \u00ab r\u00e9seau dorsal de l\u2019attention \u00bb, comme on l\u2019appelle, sont anti-corr\u00e9l\u00e9s dans leur activit\u00e9, c\u2019est-\u00e0-dire que lorsque l\u2019activit\u00e9 de l\u2019un cro\u00eet, celle dans l\u2019autre d\u00e9cro\u00eet.<\/p>\n Cela nous ram\u00e8ne tout droit \u00e0 la s\u00e9ance de la semaine derni\u00e8re o\u00f9 l\u2019on avait vu que les oscillations neuronales peuvent contribuer \u00e0 la formation d\u2019assembl\u00e9es de neurones transitoires, rendues possible par des synchronisations d\u2019activit\u00e9 qui sont largement distribu\u00e9s dans de vastes r\u00e9seau \u00e0 l\u2019\u00e9chelle du cerveau entier.<\/p>\n L\u2019autre point que je voulais aborder pour conclure ce billet, c\u2019est l\u2019article de Glasser, Van Essen et leurs coll\u00e8gues publi\u00e9e cet \u00e9t\u00e9 dans Nature et qui a pour titre \u00ab A multi-modal parcellation of human cerebral cortex<\/span><\/a><\/span> \u00bb. En se basant sur des donn\u00e9es du Human Connectome Project<\/span><\/a><\/span>, ils ont pu caract\u00e9riser 180 r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales par h\u00e9misph\u00e8re d\u00e9limit\u00e9es par des changements nets dans la cytoarchitecture, la fonction, la connectivit\u00e9 et\/ou la topographie. Cela fait donc 97 nouvelles r\u00e9gions en plus des 83 d\u00e9j\u00e0 connues dans la litt\u00e9rature scientifique !<\/p>\n De plus, l\u2019\u00e9tude pr\u00e9sentait un algorithme de reconnaissance des r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales capable d\u2019apprendre \u00e0 reconna\u00eetre \u00ab l\u2019empreinte digitale \u00bb multimodale de chacune des 180 r\u00e9gions. Lorsque test\u00e9 sur de nouveaux sujets, l\u2019algorithme de classification a \u00e9t\u00e9 capable de d\u00e9tecter la pr\u00e9sence de 96.6% des r\u00e9gions corticales.<\/p>\n La communaut\u00e9 scientifique s\u2019entend pour dire qu\u2019il ne s\u2019agit certainement pas de LA carte finale du cerveau. Entre autre parce qu\u2019on peut toujours changer les crit\u00e8res de s\u00e9lection quand on construit une carte et qu\u2019on obtient alors des cartes diff\u00e9rentes. Reste que c\u2019est sans doute la plus pr\u00e9cise \u00e0 ce jour et qu\u2019elle permettra, comme pour le connectome, d\u2019imaginer de meilleurs mod\u00e8les d\u2019architectures cognitives dans le futur. Et dans un futur rapproch\u00e9, c\u2019est justement ce sujet que nous aborderons la fois prochaine\u2026<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Comme \u00e0 chaque lundi de cet automne, voici un bref aper\u00e7u de la prochaine s\u00e9ance du cours sur\u00a0la \u00ab\u00a0cognition\u00a0incarn\u00e9e\u00a0\u00bb que je donnerai mercredi prochain \u00e0 18h au local A-1745 du pavillon Hubert-Aquin de l\u2019UQAM. 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