175. NEUROSCIENCES & PSYCHOLOGIE
Clés de stimulation pour contrer le vieillissement cérébral : modèles informatiques utilisés pour identifier les cibles cérébrales à stimuler
Résumé : À l'aide de modèles virtuels du cerveau entier, les chercheurs simulent les effets de la neurostimulation non invasive sur le cerveau vieillissant. Les modèles informatiques ont mis en lumière la dynamique des changements cérébraux résultant du vieillissement.
Source: Projet sur le cerveau humain
Les chercheurs du Human Brain Project ont utilisé des modèles virtuels de cerveau entier pour simuler ce qui se passe lorsque la neurostimulation est appliquée à des cerveaux humains vieillissants.
Ces modèles fournissent de nouvelles informations sur la façon dont la dynamique d'un cerveau sain change à mesure qu'il vieillit et, surtout, pourraient aider à identifier de nouvelles cibles et stratégies pour la neurostimulation thérapeutique.
Au fur et à mesure que le cerveau vieillit, il se « réorganise » : sa neurodynamique et les connexions entre les neurones changent radicalement, entraînant souvent une diminution des fonctions cognitives. Les techniques de stimulation cérébrale non invasives, telles que l'application de courants électriques ou magnétiques, sont récemment apparues comme des traitements possibles pour les troubles neurologiques et dégénératifs, contrastant et atténuant les effets naturels du vieillissement.
Cependant, des études expérimentales à grande échelle sur des cerveaux humains sains ont des implications éthiques évidentes. Un groupe de chercheurs espagnols, dirigé par Gustavo Deco de l'Universitat Pompeu Fabra de Barcelone, a pu surmonter ces limitations à l'aide de la modélisation et de la simulation.
Leur étude a été publiée dans Cerebral Cortex et a utilisé les données de neuroimagerie de 620 adultes en bonne santé, recueillies lors de recherches antérieures - la moitié d'entre eux étaient âgées de plus de 65 ans, l'autre moitié de moins de 65 ans.
L'équipe a recherché les principales différences entre les états cérébraux des deux groupes et a identifié un état cérébral similaire à la région dite du "club riche", un réseau de 12 centres cérébraux bien connectés les uns aux autres.
« Nous avons constaté que les participants plus âgés avaient une capacité réduite à accéder à un état cérébral qui chevauche l'organisation du club riche du cerveau. Cet état est essentiel pour une transmission efficace des informations dans le cerveau », explique Anira Escrichs de l'Universitat Pompeu Fabra, première auteure de l'étude.
« Nous avons réussi à simuler les états cérébraux détectés dans le groupe plus âgé dans un modèle informatique du cerveau entier. Nous avons ensuite appliqué des stimulations artificielles dans toutes les régions cérébrales du modèle, cherchant un moyen d'induire un état cérébral similaire à celui observé chez les participants plus jeunes.
Au fur et à mesure que le cerveau vieillit, il se « réorganise » : sa neurodynamique et les connexions entre les neurones changent radicalement, entraînant souvent une diminution des fonctions cognitives. L'image est dans le domaine public
L'équipe a découvert que certaines zones du cerveau étaient optimales pour forcer la transition du régime plus âgé au régime d'âge moyen - et ils ont identifié le précuneus, une région proéminente du club riche, comme la meilleure cible.
Le travail à long terme de l'équipe du HPB Flagship a été crucial pour la création et l'étude de modèles informatiques du cerveau humain prenant en charge les transitions entre les états cérébraux.
En plus d'apporter de nouvelles informations sur la façon dont le cerveau réagit différemment aux stimulations externes selon l'âge, l'étude pourrait également jeter les bases de nouvelles approches thérapeutiques.
"Nous pensons que ces découvertes pourraient avoir des implications importantes pour la conception d'interventions de neurostimulation et l'inversion des effets du vieillissement sur la fonctionnalité du cerveau", conclut Escrichs.
À propos de cette actualité de la recherche sur le vieillissement cérébral
Auteur : Peter Zekert
Source : Human Brain Project
Contact : Peter Zekert – Human Brain Project
Image : L'image est dans le domaine public
Recherche originale : Accès fermé.
« L'effet de la stimulation externe sur les réseaux fonctionnels dans le cerveau humain sain et vieillissant » par Gustavo Deco et al. Cortex cérébral
Résumé
L'effet de la stimulation externe sur les réseaux fonctionnels dans le cerveau humain sain et vieillissant
Comprendre les changements cérébraux qui se produisent au cours du vieillissement peut fournir de nouvelles informations pour développer des traitements qui atténuent ou inversent le déclin cognitif . Les techniques de neurostimulation sont apparues comme des traitements potentiels pour les troubles cérébraux et pour améliorer les fonctions cognitives.
Néanmoins, compte tenu des restrictions éthiques des approches de neurostimulation, les protocoles de perturbation in silico basés sur des modèles causals du cerveau entier sont fondamentaux pour acquérir une compréhension mécaniste de la dynamique cérébrale.
De plus, cette stratégie pourrait servir à identifier des biomarqueurs neurophysiologiques différenciant les groupes d'âge par une exploration exhaustive de l'effet global de toutes les perturbations locales possibles.
Ici, nous avons utilisé un ensemble de données d'IRMf à l'état de repos divisé en adultes d'âge moyen ( N =310, <65 ans) et adultes plus âgés ( N =310, ≥≥65) pour caractériser les états cérébraux de chaque groupe comme un sous-état métastable probabiliste (PMS ) espace.
Nous avons montré que le groupe plus âgé présentait une capacité réduite à accéder à un sous-état métastable qui chevauche le club riche. Ensuite, nous avons adapté le PMS à un modèle de cerveau entier et appliqué des stimulations in silico dans chaque nœud pour forcer les transitions des états cérébraux du groupe plus âgé au groupe d'âge moyen.
Nous avons constaté que le précunéus était la meilleure cible de stimulation.
Dans l'ensemble, ces résultats pourraient avoir des implications importantes pour la conception d'interventions de neurostimulation pour inverser les effets du vieillissement sur la dynamique du cerveau entier.
Juin 2022
