Une étude IRM remet en question nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau humain – Physics World

Comment fonctionne le cerveau humain ? Cela dépend à qui vous demandez.

À l'école, on vous a probablement appris que notre cerveau contient des milliards de neurones qui traitent les entrées et nous aident à former des pensées, des émotions et des mouvements. Demandez à des spécialistes de l'imagerie et vous apprendrez comment nous pouvons voir le cerveau de différentes manières en utilisant une variété de techniques d'imagerie et ce que nous pouvons apprendre de chaque image. Les neuroscientifiques vous parleront également des interactions entre les neurones et les produits chimiques apparentés, tels que la dopamine et la sérotonine.

Si vous demandez à un sous-groupe de neuroscientifiques qui se concentrent sur les cadres mathématiques de la façon dont la forme du cerveau influence son activité - un domaine des neurosciences mathématiques appelé théorie des champs neuronaux - vous commencerez à comprendre la relation entre la forme, la structure et la fonction du cerveau d'une autre manière. .

La théorie des champs neuronaux s'appuie sur notre compréhension conventionnelle du fonctionnement du cerveau. Il utilise la forme physique du cerveau - la taille, la longueur et la courbure du cortex et la forme tridimensionnelle du sous-cortex - comme un échafaudage sur lequel l'activité cérébrale se produit dans le temps et dans l'espace. Les scientifiques modélisent ensuite l'activité électrique macroscopique du cerveau en utilisant la géométrie du cerveau pour imposer des contraintes. L'activité électrique le long du cortex, par exemple, pourrait être modélisée comme une superposition d'ondes progressives se propageant à travers une feuille de tissu neural.

« L'idée que la géométrie du cerveau peut influencer ou contraindre toute activité qui s'y déroule n'est pas une question neuroscientifique conventionnelle, n'est-ce pas ? C'est une question très ésotérique… Il y a eu des décennies de travail pour tenter de cartographier le câblage complexe du cerveau, et nous avons pensé que toute l'activité qui sort du cerveau est entraînée par ce câblage complexe », explique James Pan, chercheur à l'Université Monash Institut Turner pour le cerveau et la santé mentale.

Dans une étude publiée dans Nature, Pang et ses collègues ont contesté cette compréhension dominante en identifiant une forte relation entre la forme du cerveau et l'activité de l'IRM fonctionnelle (IRMf).

Les chercheurs étudiaient les résonances naturelles appelées modes propres, qui se produisent lorsque différentes parties d'un système vibrent à la même fréquence, telles que les excitations qui se produisent dans le cerveau lors d'une IRMf évoquée par une tâche. Lorsqu'ils ont appliqué des modèles mathématiques de la théorie des champs neuronaux à plus de 10,000 XNUMX cartes d'activité et données IRMf du Projet de connectome humain, les chercheurs ont découvert que l'activité corticale et sous-corticale résulte de l'excitation des modes propres à l'échelle du cerveau avec de longues longueurs d'onde spatiales jusqu'à 6 cm et plus. Ce résultat contraste avec une croyance répandue selon laquelle l'activité cérébrale est localisée.

"Nous avons longtemps pensé que des pensées ou des sensations spécifiques suscitaient une activité dans des parties spécifiques du cerveau, mais cette étude révèle que des schémas d'activité structurés sont excités dans presque tout le cerveau, tout comme la manière dont une note de musique résulte de vibrations se produisant le long toute la longueur d'une corde de violon, et pas seulement un segment isolé », explique Pang dans un communiqué de presse.

L'apprentissage automatique donne un aperçu du cerveau humain

Pang et ses collègues ont également comparé les performances des modes propres géométriques, obtenus à partir de modèles de forme du cerveau, par rapport aux modes propres du connectome, qui sont obtenus à partir de modèles de connectivité cérébrale. Ils ont découvert que les modes propres géométriques imposaient des limites plus importantes à l'activité cérébrale que les modes propres du connectome, ce qui suggère que les contours et la courbure du cerveau influencent fortement l'activité cérébrale - peut-être même dans une plus grande mesure que l'interconnectivité complexe entre les populations de neurones elles-mêmes.

En termes simples, les résultats des scientifiques remettent en question nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau humain.

"Nous ne disons pas que la connectivité dans votre cerveau n'est pas importante", déclare Pang. « Ce que nous disons, c'est que la forme de votre cerveau a également une contribution significative. Il est fort probable que les deux mondes aient une certaine synergie… il y a eu des décennies et des décennies de travail des deux côtés de la recherche dans le monde de la théorie des champs neuronaux et le monde de la connectivité, et les deux sont importants, à mon avis. Cette étude ouvre tellement de possibilités - nous pourrions étudier comment les modes propres géométriques varient au cours du développement neurologique ou sont perturbés par des troubles cliniques, par exemple. C'est assez excitant.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
• PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• PlatonESG. Automobile / VE, Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
• Décalages de bloc. Modernisation de la propriété des compensations environnementales. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/