Contenu
- Qu'est-ce que la cartographie cérébrale?
- Le financement de la recherche soutient l'initiative BRAIN
- Objectifs clés du projet BRAIN
- Les avantages et les inconvénients du projet de cartographie du cerveau
Qu'est-ce que la cartographie cérébrale?
Faites une pause pendant un moment pour réfléchir au cerveau. Il peut contenir 100 milliards de cellules. Chaque cellule, appelée neurone, peut se connecter à des dizaines de milliers d'autres cellules cérébrales.
Ces réseaux prennent en charge des fonctions qui font partie intégrante de nos vies. Sans un cerveau fonctionnant même de façon minimale, la plupart seraient d'accord, il n'y a pas de vie significative. La science a tenté d'éclairer ce plus vital de nos organes.
L'histoire de la cartographie cérébrale
Comprendre le cerveau non pas comme un organe unique et uniforme, mais comme un organe composé de régions distinctes est un concept qui existe depuis plus de 100 ans. En 1909, Korbinian Brodmann a écrit un article décrivant une carte du cortex cérébral, divisant la surface du cerveau en 43 zones. Il a séparé ces régions sur la base d'échantillons de tissus cérébraux finement coupés démontrant des motifs distincts de coloration du corps cellulaire. L'architecture des cellules pourrait être utilisée pour diviser le cerveau en zones distinctes.
Les tentatives de Brodmann ont été extrêmement influentes. Corréler la structure anatomique avec la fonction cérébrale était unique. Cela a permis de développer un cadre qui tentait de lier les dommages à des structures spécifiques à une perte de fonction constante. Sa carte initiale aide toujours les neuroscientifiques à localiser les résultats sur l'imagerie du cerveau, comme cela pourrait être obtenu dans le cadre d'un accident vasculaire cérébral, d'une blessure traumatique ou d'une tumeur.
Cartographie du cerveau aujourd'hui
Tout comme d’autres cartes peuvent s’affiner au fil du temps, de nouveaux travaux ont élargi notre compréhension de l’organisation topographique des tissus du cerveau. Le projet de carte d'activité cérébrale a été créé pour promouvoir de telles avancées. Ce projet a été soutenu lors d'une conférence organisée par Miyoung Chun de la Fondation Kavli à Londres en septembre 2011.
Les scientifiques ont continué à faire progresser la compréhension de la structure du cerveau.
En 2016, le cerveau a été subdivisé en 180 parcelles distinctes montrant des différences claires dans la structure, la fonction et la connectivité - 97 zones incluses ont été décrites pour la première fois.
Ces nouvelles cartes sont construites à l'aide de techniques d'imagerie par résonance magnétique (IRM), y compris l'IRM fonctionnelle (IRMf), qui mesurent le flux sanguin en réponse à différentes tâches mentales (très spécifiques).
Ce type de cartographie consiste à se déplacer lentement sur la surface du cerveau jusqu'à ce que des changements significatifs soient notés dans deux propriétés indépendantes ou plus, aidant à délimiter les frontières sur la carte. Bien que le nombre de zones puisse être constant, les tailles varient d'un individu à l'autre. Ces différences peuvent distinguer de manière importante les capacités cognitives et créatives ainsi que le risque potentiel de maladies cérébrales telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et même la dépression.
La division du cerveau en morceaux plus petits peut aider les neuroscientifiques à apprécier son fonctionnement dans son ensemble. Cependant, des mesures uniques peuvent s'avérer incomplètes, donnant une vision trompeuse du cerveau et de sa fonction.
La cartographie explique également peu de choses sur la biochimie fondamentale. Il peut également échouer à élucider le rôle de petits groupes de neurones, voire importants, de neurones uniques. À mesure que la technologie progresse, des efforts de cartographie répétés peuvent être nécessaires.
Au-delà des différences structurelles apparentes au niveau cellulaire, il peut être possible d’organiser les tissus du cerveau en fonction de son activité et de ses interconnexions. Avec un soutien politique et économique, ce projet a été intégré à une initiative BRAIN plus large.
Le financement de la recherche soutient l'initiative BRAIN
Pour démêler la complexité du cerveau, il faut un niveau de coopération presque sans précédent au sein de la communauté scientifique, une volonté de travailler ensemble à travers les fractures géopolitiques et une mise en commun des ressources dans un partenariat public-privé mondial.
Initialement baptisée Brain Activity Map, l'initiative Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) a été lancée par le président Barack Obama aux États-Unis le 2 avril 2013.
L'Initiative BRAIN aspire à cartographier la fonction de centaines de milliers de neurones simultanément, car ils fonctionnent à la vitesse d'une pensée fugace.
Avant de passer en revue les aspirations de ce projet, il est important de reconnaître que les Américains ne sont pas seuls dans cette entreprise.
En fait, le projet BRAIN rejoint d'autres initiatives mondiales qui font partie d'un effort mondial visant à mieux comprendre le fonctionnement interne du cerveau. Le 19 septembre 2016, l'Initiative internationale sur le cerveau a été lancée lors d'une réunion accompagnant l'Assemblée générale des Nations Unies. La National Sleep Foundation et le National Institute of Health (NIH) aux États-Unis ont engagé des ressources pour développer et soutenir le projet.
Au-delà de l'élaboration d'un plan détaillé pour guider la recherche scientifique nécessaire - y compris les calendriers, les jalons et les coûts estimés, un soutien financier doit être à la fois acquis et maintenu. Le projet de cartographie du cerveau et l’initiative plus large BRAIN ont été initialement financés avec plus de 100 millions de dollars et devraient coûter des milliards de dollars sur plus d’une décennie.
Au-delà des fonds de recherche publics, les efforts privés de cartographie dynamique du cerveau ont inclus:
- Allen Institute for Brain Science à Seattle (dépenses de 60 millions de dollars par an sur 4 ans)
- Howard Hughes Medical Institute en Virginie (dépense au moins 30 millions de dollars par an)
- Fondation Kavli à Oxnard, Californie (dépenses de 4 millions de dollars par an pendant dix ans)
- Salk Institute for Biological Studies à San Diego (affectant 28 millions de dollars aux efforts)
L'initiative de recherche collaborative, public-privé a finalement pour objectif de soutenir le développement de technologies innovantes qui peuvent créer une compréhension dynamique de la fonction cérébrale.
Objectifs clés du projet BRAIN
La mission plus large de l'Initiative BRAIN est «d'approfondir la compréhension du fonctionnement interne de l'esprit humain et d'améliorer la façon dont nous traitons, prévenons et guérissons les troubles du cerveau». Pour ce faire, une nouvelle technologie doit être développée pour explorer comment les cellules et les circuits du cerveau interagissent, révélant finalement les liens complexes entre la fonction cérébrale et le comportement.
Il y a plusieurs objectifs clés de ce projet, et il existe une myriade de façons de les réaliser au cours de la prochaine décennie.
- Faire progresser la neurotechnologie: Le soutien financier de recherches prometteuses mènera au développement rapide de technologies qui non seulement nous aident à comprendre les fondements du cerveau, mais aussi comment diagnostiquer et traiter les troubles qui l'affectent. L'innovation, les percées scientifiques et l'avancement des appareils nécessiteront des équipes multidisciplinaires d'ingénieurs et de neuroscientifiques.
- Faciliter l'imagerie dynamique: Si l'imagerie cérébrale actuelle est comme feuilleter une pile de photographies, une technologie plus récente produira des images dynamiques, comme regarder une fonction cérébrale en temps réel. La technologie d'imagerie doit être avancée pour visualiser ces fonctions à une résolution plus élevée sur des échelles spatiales et temporelles différentes.
- Explorez les fonctionnalités du cerveau: Le cerveau n'est pas un organe statique; il enregistre, traite, stocke, récupère et utilise activement de grandes quantités d'informations presque instantanément. Pour comprendre cette capacité, le cerveau doit être étudié en temps réel avec de multiples modalités potentielles, dont beaucoup n'existent pas actuellement.
- Lier le comportement à la fonction: La manifestation extérieure de la fonction cérébrale est observée comme un comportement. Ce qui est plus compliqué, ce sont les innombrables façons dont une personne peut se comporter. Avec l'utilisation de modèles informatiques avancés, il peut être possible de démêler ces modèles et modèles pionniers pour améliorer les comportements souhaités.
- Améliorer les applications grand public: Les dispositifs médicaux qui interagissent avec les tissus cérébraux peuvent profondément affecter nos vies futures, et la réglementation doit promouvoir la santé et le bien-être des consommateurs. Apporter ces technologies aux consommateurs dans un souci de sécurité et d'efficacité est essentiel à mesure que le domaine progresse.
Les avantages et les inconvénients du projet de cartographie du cerveau
Il peut sembler qu'il existe des opportunités illimitées et un potentiel illimité dans le domaine des neurosciences. Au fur et à mesure que nous faisons progresser nos connaissances sur le cerveau, nous acquérons une compréhension intime de ce que signifie être humain. Cependant, le projet de cartographie du cerveau peut présenter certains inconvénients potentiels.
- Drain d'argent: Un grand projet comme celui-ci peut siphonner le soutien financier et l'attention d'autres causes valables. Ce financement pourrait être brusquement coupé par le gouvernement ou des organismes à but non lucratif.
- Des priorités de recherche différentes: Tous les scientifiques n'ont pas le même objectif. Lorsqu'ils sont obligés de rechercher un soutien financier, cela peut les éloigner de leurs forces. Des considérations éthiques peuvent également limiter la coopération, car tous les scientifiques ne participeront pas à la recherche sur les primates, par exemple.
- Conflit et manque de consensus: En cherchant la vérité scientifique, la voie à suivre n'est pas toujours claire. Des personnalités fortes combinées à des divergences d'opinions peuvent conduire à des hypothèses et des priorités de recherche contradictoires. Ce manque de consensus parmi les experts peut semer la discorde.
- Ignorer les contributions des petits pays: Bien que les pays industrialisés puissent contribuer à hauteur de 300 millions de dollars au financement de la recherche, les pays en développement pourraient ne pas être en mesure de revendiquer de la même manière le projet. Cela peut être contrebalancé par des patients contributeurs, des organismes modèles et des technologies abordables, mais seulement si une place est offerte à la table.
- Science fondamentale vs technologie appliquée: Certaines connaissances scientifiques sont acquises uniquement dans le but noble de faire progresser les connaissances. Les incitations financières et la capacité de créer une technologie appliquée qui peut être rentable peuvent faire basculer le centre d'intérêt de l'entreprise.
- Intégrer les ressources existantes: Ce projet s'appuie sur des travaux antérieurs et doit trouver un moyen d'intégrer le US Human Connectome Project (en se concentrant sur la cartographie des connexions structurelles et fonctionnelles du cerveau), le Human Brain Project de l'Union européenne (en se concentrant sur la science fondamentale du fonctionnement du cerveau ) et le programme canadien CBRAIN (axé sur la création de technologies pouvant être appliquées à la médecine), entre autres efforts antérieurs.
Heureusement, il y a beaucoup de promesses et de raisons d'espérer alors que ce projet se poursuit. La cartographie cérébrale intégrera à terme plusieurs mesures, notamment:
- Épaisseur corticale
- Fonction cérébrale
- Connectivité entre les régions
- Organisation topographique des cellules
- Niveaux de myéline (isolation graisseuse qui accélère la signalisation neuronale)
Unifier les efforts de recherche, permettant aux équipes de collaborer et d'échanger des informations, de poursuivre des objectifs spécifiques sous la bannière du projet de cartographie du cerveau permettra des avancées substantielles en neurosciences.
Un mot de Verywell
Le projet de cartographie cérébrale représente un engagement remarquable à financer les progrès dans notre compréhension de la corrélation entre les structures et les fonctions dans le cerveau. Des microscopes puissants, des ressources de calcul intensif et des outils universels de cartographie cérébrale permettront aux scientifiques d'accélérer les découvertes. Ces progrès peuvent s'avérer permettre d'améliorer la santé du cerveau pour toute l'humanité, mais seulement si le financement et la coopération sont maintenus.