Une vie variée stimule les réseaux fonctionnels du cerveau
Résultats d'une étude sur la souris avec une nouvelle technique de biodétection
On sait depuis longtemps que les expériences laissent des traces dans la connectivité du cerveau, mais une étude pionnière menée par des chercheurs du Centre allemand pour les maladies neurodégénératives (DZNE) et de l'Université technologique de Dresde (TUD) montre aujourd'hui l'ampleur réelle de ces effets. Les résultats obtenus sur des souris donnent un aperçu sans précédent de la complexité des réseaux neuronaux à grande échelle et de la plasticité cérébrale. En outre, elles pourraient ouvrir la voie à de nouvelles méthodes d'intelligence artificielle inspirées du cerveau. Les résultats, basés sur une technologie innovante de "cerveau sur puce", sont publiés dans la revue scientifique "Biosensors and Bioelectronics".
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Les chercheurs de Dresde se sont penchés sur la question de savoir comment une expérience enrichie affecte les circuits cérébraux. Pour ce faire, ils ont déployé une "neuropuce" comportant plus de 4 000 électrodes pour détecter l'activité électrique des cellules cérébrales. Cette plate-forme innovante a permis d'enregistrer le "tir" de milliers de neurones simultanément. La zone examinée - beaucoup plus petite que la taille d'un ongle humain - couvrait l'intégralité d'un hippocampe de souris. Cette structure cérébrale, commune à l'homme, joue un rôle essentiel dans l'apprentissage et la mémoire, ce qui en fait une cible privilégiée pour les ravages causés par des démences telles que la maladie d'Alzheimer. Pour leur étude, les scientifiques ont comparé des tissus cérébraux de souris élevées différemment. Alors qu'un groupe de rongeurs a grandi dans des cages standard, sans stimuli particuliers, les autres ont été placés dans un "environnement enrichi" comprenant des jouets réarrangeables et des tubes en plastique ressemblant à des labyrinthes.
"Les résultats ont largement dépassé nos attentes", a déclaré le Dr Hayder Amin, principal responsable scientifique de l'étude. Hayder Amin, expert en neuroélectronique et en neurosciences computationnelles, dirige un groupe de recherche au DZNE. Avec son équipe, il a développé la technologie et les outils d'analyse utilisés dans cette étude. "En simplifiant, on peut dire que les neurones des souris de l'environnement enrichi sont beaucoup plus interconnectés que ceux des souris élevées dans un environnement standard. Quel que soit le paramètre examiné, une expérience plus riche a littéralement stimulé les connexions dans les réseaux neuronaux. Ces résultats suggèrent qu'une vie active et variée façonne le cerveau sur de toutes nouvelles bases".
Un aperçu sans précédent des réseaux cérébraux
Le professeur Gerd Kempermann, qui codirige l'étude et a travaillé sur la question de savoir comment l'activité physique et cognitive aide le cerveau à former une résistance au vieillissement et aux maladies neurodégénératives, témoigne : "Tout ce que nous savions dans ce domaine jusqu'à présent provenait soit d'études avec des électrodes uniques, soit de techniques d'imagerie telles que l'imagerie par résonance magnétique. La résolution spatiale et temporelle de ces techniques est beaucoup plus grossière que notre approche. Ici, nous pouvons littéralement voir les circuits à l'œuvre à l'échelle d'une seule cellule. Nous avons utilisé des outils informatiques avancés pour extraire de nos enregistrements une quantité considérable de détails sur la dynamique du réseau dans l'espace et dans le temps".
"Nous avons découvert une multitude de données qui illustrent les avantages d'un cerveau façonné par une expérience riche. Cela ouvre la voie à la compréhension du rôle de la plasticité et de la formation de réserves dans la lutte contre les maladies neurodégénératives, en particulier en ce qui concerne les nouvelles stratégies de prévention", a déclaré le professeur Kempermann, qui, en plus d'être chercheur au DZNE, est également affilié au Centre des thérapies régénératives de Dresde (CRTD) de l'Université technique de Dresde (TU). "Cela permettra également de mieux comprendre les processus pathologiques associés à la neurodégénérescence, tels que les dysfonctionnements des réseaux cérébraux.
Potentiel concernant l'intelligence artificielle inspirée du cerveau
"En découvrant comment les expériences façonnent le connectome et la dynamique du cerveau, nous ne faisons pas que repousser les limites de la recherche sur le cerveau", déclare le Dr Amin. "L'intelligence artificielle s'inspire de la manière dont le cerveau calcule les informations. Ainsi, nos outils et les connaissances qu'ils permettent de générer pourraient ouvrir la voie à de nouveaux algorithmes d'apprentissage automatique."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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