Etude de circuits spécifiques en réseaux par imagerie cérébrale

Résumé du document

Ce document résume les concepts et les approches d'analyse d'images qui permettent d'aborder l'interconnectivité cérébrale, en ayant pris soin de redéfinir au préalable les notions essentielles de la biologie du neurone qui constituent le socle des hypothèses et des modèles testés en neuroimagerie. L'étude par imagerie de circuits spécifiques en réseaux va permettre de cerner de façon plus réaliste le fonctionnement dynamique du système nerveux central qui sous tend de nombreuses fonctions cérébrales.

Extraits

[...] Ainsi sur la base du principe d'intégration, les relations fonctionnelles qui existent entre plusieurs régions cérébrales peuvent être analysées. Vers une modélisation de la circuiterie cérébrale par imagerie Le concept d'intégration fonctionnelle bien adapté à l'analyse des données en neuroimagerie va permettre d'identifier des systèmes fonctionnels distribués et d'étudier la connectivité effective. La connectivité effective reflète l'influence qu'un système neural exerce sur un autre système neural. La connectivité effective dépend principalement d'un modèle théorique neurobiologique et/ou neuroanatomique faisant état de connaissances préalables d'aires interconnectées et d'un modèle mathématique spécifiant une structure du réseau à examiner. [...]

[...] L'étude par imagerie de circuits spécifiques en réseaux va permettre de cerner de façon plus réaliste le fonctionnement dynamique du système nerveux central qui sous tend de nombreuses fonctions cérébrales. Plan Imagerie de l'activité cérébrale Physiologie neuronale Réseaux de connectivité cérébrale Principe d'intégration fonctionnelle Vers une modélisation de la circuiterie cérébrale par imagerie Imagerie de l'activité cérébrale L'essor de l'imagerie fonctionnelle, depuis une vingtaine d'années, a permis de progresser de façon significative dans la connaissance du cerveau, tout d'abord avec la tomographie par émission de positons (TEP) et ensuite avec l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). [...]

[...] Les courants ioniques produits par le potentiel d'action des axones et les activités synaptiques génèrent des potentiels de champ extracellulaires. L'enregistrement de l'activité neuronale avec des microélectrodes situées à distance d'un groupe de neurones capture des signaux électriques qui renseignent sur l'activité de sortie des neurones qui déchargent ensemble de façon synchrone et aussi sur l'activité synaptique et dendritique produite par les afférences. Les deux informations peuvent être dissociées pour fournir l'activité rapide de groupes de neurones et le potentiel lent de champ local qui donne des informations locales intégratives (potentiel post synaptique excitateur et inhibiteur, oscillation du potentiel de membrane). [...]

[...] Principe d'intégration fonctionnelle Le principe d'intégration fonctionnelle suppose qu'il existe une dynamique large échelle entre les régions interconnectées, les fonctions cérébrales vont pouvoir s'exprimer au sein de circuits en réseau. Dans ce système, les fonctions cérébrales sont incluses dans des réseaux spécialisés qui se dynamisent en fonction de la demande (excitation/inhibition) et de la nature de la tâche cognitive (e.g. phénomènes d'adaptation, de répétition/suppression de l'activité). Les aires cérébrales recrutées sous-tendant plusieurs fonctions sont multisensorielles et peuvent successivement appartenir à des réseaux fonctionnels différents. [...]

[...] L'identification et l'estimation des paramètres du modèle se font dans un cadre Bayésien. Cette approche de modélisation est appliquée pour analyser des circuits en réseau dont le flux d'information dépend entièrement du contexte expérimental. Par exemple, à partir d'une activité synaptique donnée, les signaux BOLD associés peuvent être inférés. Cette méthode de modélisation suppose des connaissances a priori sur le fonctionnement cérébral, comme par exemple l'efficacité synaptique, les populations de neurones concernées et recrutées au cours de la tâche, les mécanismes d'interaction mis en jeu ou la nature des connexions neuroanatomiques reliant les neurones entre eux. [...]