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Des IRM de cerveaux de 130 mammifères (humains y compris) indiquent une connectivité égale

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| Mopic/Shutterstock

Une étude unique en son genre : des chercheurs ont effectué des scans IRM de cerveaux provenant de 130 mammifères différents (y compris des humains) dans le but d’étudier la connectivité cérébrale. Les résultats, qui sont pour le moins surprenants, ont permis de révéler que les niveaux de connectivité cérébrale sont égaux chez tous les mammifères.

Des chercheurs de l’Université de Tel Aviv, dirigés par le professeur Yaniv Assaf de l’école de neurobiologie, de biochimie et de biophysique et de l’école Sagol de neuroscience ainsi que le professeur Yossi Yovel de l’école de zoologie, de l’école Sagol de neuroscience et du Steinhardt Museum of Natural History, ont mené une recherche unique en son genre visant à étudier la connectivité cérébrale chez 130 espèces de mammifères.

Les résultats sont pour le moins intrigants et contredisent les conjectures répandues : en effet, ils ont révélé que les niveaux de connectivité cérébrale sont égaux chez tous les mammifères, y compris les humains. « Nous avons découvert que la connectivité cérébrale – à savoir l’efficacité du transfert d’informations à travers le réseau neuronal – ne dépend ni de la taille ni de la structure d’un cerveau spécifique », explique le professeur Assaf. « En d’autres termes, le cerveau de tous les mammifères, allant des minuscules souris aux humains en passant par les grands taureaux et les dauphins, présente une connectivité égale et les informations circulent avec la même efficacité en leur sein. Nous avons également constaté que le cerveau préserve cet équilibre via un mécanisme de compensation spécial : lorsque la connectivité entre les hémisphères est élevée, la connectivité au sein de chaque hémisphère est relativement faible, et vice-versa », a ajouté Assaf.

La connectivité cérébrale, une caractéristique centrale et essentielle

« La connectivité cérébrale est une caractéristique centrale, essentielle au fonctionnement du cerveau », a expliqué Assaf. « De nombreux scientifiques ont supposé que la connectivité dans le cerveau humain était significativement plus élevée par rapport aux autres animaux, comme une explication possible du fonctionnement supérieur de ‘l’animal humain’ », a-t-il ajouté. Puis, d’un autre côté, selon le professeur Yovel : « Nous savons que les caractéristiques clés sont conservées tout au long du processus évolutif. Ainsi, par exemple, tous les mammifères ont quatre membres. Dans ce projet, nous avons souhaité explorer la possibilité que la connectivité cérébrale puisse être une caractéristique clé de ce type – maintenue chez tous les mammifères quelle que soit leur taille ou structure du cerveau. À cette fin, nous avons utilisé des outils de recherche avancés ».

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Ce projet a commencé par des IRM de diffusion avancées du cerveau d’environ 130 mammifères, chacun représentant une espèce différente. À noter que tous les cerveaux ont été prélevés sur des animaux morts, et aucun animal n’a été euthanasié aux fins de cette étude. Les cerveaux, obtenus de l’Institut vétérinaire de Kimron, représentaient un très large éventail de mammifères : allant des minuscules chauves-souris pesant 10 grammes à des dauphins dont le poids peut atteindre des centaines de kilogrammes.

Étant donné que le cerveau d’une centaine de ces mammifères n’avait jamais été scanné par IRM auparavant, le projet a généré une nouvelle base de données unique au monde. Les cerveaux de 32 humains vivants ont également été scannés de la même manière.

Cette technologie unique, qui détecte la substance blanche dans le cerveau, a permis aux chercheurs de reconstruire le réseau neuronal : les neurones et leurs axones (fibres nerveuses) à travers lesquels l’information est transférée, et les synapses (jonctions) où ils se rencontrent.

Le défi suivant consistait à comparer les scans de différents types d’animaux, dont le cerveau varie considérablement en taille et/ou en structure. À cette fin, les chercheurs ont utilisé des outils de la théorie des réseaux, une branche des mathématiques qui leur a permis de créer et d’appliquer une jauge uniforme de conductivité cérébrale : le nombre de synapses qu’un message doit traverser pour se rendre d’un endroit à un autre dans le réseau neuronal. « Le cerveau d’un mammifère est constitué de deux hémisphères reliés entre eux par un ensemble de fibres neurales (axones) qui transfèrent des informations », explique le professeur Assaf.

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L’efficacité du transfert d’informations dans le réseau neuronal du cerveau est égale chez tous les mammifères (y compris les humains)

« Pour chaque cerveau que nous avons scanné, nous avons mesuré quatre jauges de connectivité : la connectivité dans chaque hémisphère (connexions intrahémisphériques), la connectivité entre les deux hémisphères (interhémisphérique) et la connectivité globale. Nous avons découvert que la connectivité cérébrale globale reste la même pour tous les mammifères, grands ou petits, y compris les humains. En d’autres termes, les informations voyagent d’un endroit à un autre à travers le même nombre de synapses. Il faut dire, cependant, que différents cerveaux utilisent des stratégies différentes pour préserver cette mesure égale de la connectivité globale : certains présentent une forte connectivité interhémisphérique et une connectivité plus faible dans les hémisphères, tandis que d’autres affichent le contraire », a-t-il ajouté.

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Le professeur Yovel a également décrit une autre découverte intéressante : « Nous avons constaté que les variations de compensation de la connectivité caractérisent non seulement différentes espèces, mais également différents individus au sein d’une même espèce. En d’autres termes, le cerveau de certains rats, chauves-souris ou humains, présente une connectivité interhémisphérique plus élevée au détriment de la connectivité dans les hémisphères, et inversement – par rapport à d’autres de la même espèce. Il serait fascinant d’émettre des hypothèses sur la manière dont différents types de connectivité cérébrale peuvent affecter diverses fonctions cognitives ou capacités humaines telles que le sport, la musique ou les mathématiques. Ces questions seront abordées dans nos recherches futures ».

« Notre étude a révélé une loi universelle : la conservation de la connectivité cérébrale », a conclu Assaf. « Cette loi indique que l’efficacité du transfert d’informations dans le réseau neuronal du cerveau est égale chez tous les mammifères, y compris les humains. Nous avons également découvert un mécanisme de compensation qui équilibre la connectivité dans chaque cerveau de mammifère. Ce mécanisme garantit une connectivité élevée dans une zone spécifique du cerveau, éventuellement manifestée par un talent spécial (par exemple le sport ou la musique), et est toujours contré par une connectivité relativement faible dans une autre partie du cerveau. Dans les projets futurs, nous étudierons comment le cerveau compense la connectivité améliorée associée à des capacités et des processus d’apprentissage spécifiques », a-t-il détaillé.

Source : Nature Neuroscience

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