Ces scientifiques du Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) de Berlin, parviennent, pour la première fois, à observer de l’extérieur du cerveau, les cellules nerveuses du cerveau fonctionnant à la vitesse de la pensée. En développant une nouvelle technologie de la magnétoencéphalographie (MEG), l’équipe parvient « à prendre des mesures » non invasives de ces signaux cérébraux rapides. Une étape remarquable, documentée dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine (PNAS) vers une compréhension plus accessible de l’impact de certains facteurs -comme la fatigue- sur la pensée et des troubles neurologiques, comme l’épilepsie, caractérisés par une perturbation de l’influx nerveux.
Le traitement des informations à l'intérieur du cerveau est l'un des processus les plus complexes du corps. La perturbation de ce traitement conduit souvent à de graves troubles neurologiques. L'étude de la transmission du signal à l'intérieur du cerveau est donc essentielle pour comprendre les maladies neurologiques. Observer et comprendre le fonctionnement des cellules nerveuses du cerveau sans avoir besoin de placer des électrodes à l'intérieur du cerveau, a conduit à l'émergence de deux techniques, l'électroencéphalographie (EEG) et la magnétoencéphalographie (MEG). Si ces 2 méthodes permettent de visualiser une partie de l’activité cérébrale de l'extérieur du crâne, les données concernant les courants rapides ne sont pas fiables.
Comprendre les troubles neurologiques caractérisés par une perturbation de l'influx nerveux
Les courants lents ou postsynaptiques se produisent lorsque des signaux créés par une cellule nerveuse sont reçus par une autre. Le déclenchement ultérieur d'impulsions (qui transmettent des informations aux neurones ou muscles en aval) produit des courants rapides qui ne durent qu'une milliseconde. Ceux-ci sont connus sous le nom de potentiels d'action ou d’influx nerveux. «Jusqu'à présent, nous n'avions pu observer les cellules nerveuses que lorsqu'elles reçoivent des informations, et non lorsqu'elles transmettent des informations en réponse à un stimulus sensoriel », explique le Dr Gunnar Waterstraat du Département de neurologie de la Charité – Universitätsmedizin Berlin.
Une super technologie MEG : l'équipe de recherche interdisciplinaire est parvenue à rendre la technologie MEG suffisamment sensible pour pouvoir détecter ces oscillations cérébrales rapides produites en réponse à un stimulus sensoriel. En réduisant le bruit de fond du système MEG lui-même, lié au système d’isolation constitué de feuilles revêtues d'aluminium qui produisent un bruit magnétique, les chercheurs sont parvenus à multiplier par 10 la sensibilité de la technologie MEG.
La stimulation d'un nerf dans le bras apporte la démonstration de la sensibilité du nouveau dispositif, capable d'enregistrer des ondes cérébrales rapides. Une stimulation électrique appliquée à un nerf spécifique au poignet de 4 participants bénévoles permet de mesurer, une fois capteur MEG positionné bien au-dessus de la zone du cerveau responsable du traitement des stimuli sensoriels, les potentiels d'action ou influx nerveux produits par un petit groupe de neurones activés simultanément dans le cortex du cerveau en réponse aux stimuli individuels.
«Pour la première fois, une approche non invasive nous permet d'observer les cellules nerveuses du cerveau qui répondent à un stimulus sensoriel. Nous avons pu constater que ces oscillations cérébrales rapides ne sont pas uniformes mais changent avec chaque stimulus. Ces changements se produisent indépendamment des signaux cérébraux lents. Nous constatons également une énorme variabilité dans la façon dont, selon les individus, le cerveau traite ces informations sensorielles, bien que tous les stimuli appliqués soient identiques ».
Comparer les réponses de différentes personnes à des stimuli ? Cette technologie ouvre en effet le champ des recherches sur de nombreuses questions jusque-là sans réponse: dans quelle mesure des facteurs tels que la vigilance et la fatigue influencent-ils le traitement de l'information dans le cerveau ? Que se passe-t-il en cas de stimuli multiples reçus simultanément ?
Ce système MEG hyper-sensible va également aider les scientifiques à mieux comprendre les troubles neurologiques comme l’épilepsie et la maladie de Parkinson, liés à des perturbations de la signalisation cérébrale rapide.
Source: Proceedings of National Academy of Science (PNAS) March 16, 2021 DOI : 10.1073/pnas.2017401118 Noninvasive neuromagnetic single-trial analysis of human neocortical population spikes
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