Au “Cœur” des connexions cérébrales

Mis en ligne le 4 octobre 2018
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Une étude conduite par Fabrizio De Vico Fallani (Inria) à l’ICM, apporte, grâce à une approche mathématique innovante, des nouvelles données sur l’organisation des connexions dans notre cerveau et leur structure cœur-périphérie.


Notre cerveau est composé d’un ensemble de régions, de connexions et de réseaux. Nos capacités cognitives et motrices sont le résultat de l’intégration des différentes fonctionnalités des régions notre cerveau dans un réseau complexe. Chaque région n’agit pas de façon isolée mais nécessite d’intégrer les informations de façon efficace. Comment cette communication est-elle assurée entre des régions distantes de notre cerveau ? Par où passe les informations ?
Les données de la littérature sur les réseaux de connectivité anatomiques, c’est-à-dire l’étude des faisceaux de fibres nerveuses qui traversent le cerveau et connectent les différentes régions les unes aux autres, ont mis en évidence une structure cœur-périphérie dans l’organisation des connexions.

« Certaines régions du cerveau sont très fortement connectées entre elles anatomiquement. Elles reçoivent et échangent beaucoup d’informations entre elles. Elles constituent une sorte de « club privé » dans le cerveau, le « cœur » des réseaux. Elles communiquent parfois avec d’autres régions de la périphérie, moins connectées. » Précise Fabrizio De Vico Fallani, dernier auteur de l’étude.

Fabrizio De Vico Fallani

Cette structure permet une communication à large échelle. Une région du lobe frontale du cerveau souhaitant communiquer avec une région du lobe occipitale peut le faire via ce « club privé » qui l’élabore et la transmet ; une sorte de plaque tournante par laquelle les informations transitent entre les différentes régions du cerveau.
La constitution exacte de ce cœur est cependant encore sujette à débat. Pour éclaircir ce point, une étude conduite par Fabrizio De Vico Fallani, chercheur dans l’équipe ARAMIS à l’ICM, a, pour la première fois, combiné les données anatomiques aux données de connectivité fonctionnelle obtenues par IRM fonctionnelle grâce à un modèle de « réseau complexe multi-niveaux » où chaque niveau représente toutes les connexions (ou interactions) entre les régions du cerveau pour une modalité donnée, anatomique ou fonctionnelle.
Les chercheurs apportent de données nouvelles quant à la constitution du « cœur » des connexions cérébrales et proposent un nouveau schéma de l’organisation cœur-périphérie du cerveau. Cette méthode d’intégration de données multimodales fournit une estimation plus robuste du « cœur » des connexions cérébrales.
Une telle carte des régions du « cœur », pourrait apporter des informations importantes en pathologies, sur l’impact d’un AVC par exemple. Si celui-ci touche sur une région du cœur, les séquelles seraient certainement plus importantes que dans une région périphérique, avec un impact sur la récupération post-AVC. Elle pourrait également avoir des implications sur la compréhension du fonctionnement global du cerveau et sur des applications pratiques, pour l’apprentissage par exemple.

Source
Multiplex core-periphery organization of the human connectome. Battiston F, Guillon J, Chavez M, Latora V, De Vico Fallani F. J R Soc Interface. 2018 Sep 12;15(146).