Comment le cerveau traite les nombres
Une nouvelle procédure améliore la mesure de l'activité cérébrale humaine
Mesurer l'activité cérébrale humaine jusqu'au niveau cellulaire : jusqu'à présent, cela n'était possible que dans une mesure limitée. Grâce à une nouvelle approche mise au point par des chercheurs de l'université technique de Munich (TUM), ce sera désormais beaucoup plus facile. La méthode repose sur des microélectrodes et sur le soutien de patients atteints de tumeurs cérébrales, qui participent aux études tout en subissant une chirurgie cérébrale "éveillée". L'équipe a ainsi pu identifier la manière dont notre cerveau traite les nombres.
Image symbolique
Computer-generated image
Nous utilisons des chiffres tous les jours. Nous les utilisons de manière très concrète, lorsque nous comptons des objets. Nous les utilisons aussi de manière abstraite, par exemple lorsque nous voyons le symbole "8" ou que nous effectuons des calculs complexes.
Dans une étude publiée dans la revue Cell Reports, une équipe de chercheurs et de cliniciens travaillant avec Simon Jacob, professeur de neurotechnologie translationnelle au département de neurochirurgie de l'hôpital universitaire Klinikum rechts der Isar de la TUM, a pu montrer comment le cerveau traite les nombres. Les chercheurs ont constaté que certains neurones du cerveau des participants étaient spécialisés dans le traitement de nombres spécifiques. Chacun de ces neurones était particulièrement actif lorsque son nombre "préféré" d'éléments dans un motif de points était présenté au patient. Dans une moindre mesure, c'était également le cas lorsque les sujets traitaient des symboles numériques.
"Nous savions déjà que les animaux traitaient les nombres d'objets de cette manière", explique le professeur Jacob. "Mais jusqu'à présent, il n'était pas possible de démontrer de manière concluante comment cela fonctionne chez l'homme. Cette découverte nous rapproche de la compréhension des mécanismes des fonctions cognitives et de la mise au point de solutions en cas de dysfonctionnement de ces fonctions cérébrales, par exemple.
L'enregistrement de neurones individuels est un défi
Pour parvenir à ce résultat, le professeur Jacob et son équipe ont d'abord dû résoudre un problème fondamental. "Le cerveau fonctionne grâce à des impulsions électriques", explique Simon Jacob. "C'est donc en détectant directement ces signaux que nous pouvons en apprendre le plus sur la cognition et la perception.
Cependant, les possibilités de mesurer directement l'activité cérébrale humaine sont rares. Les neurones ne peuvent pas être enregistrés individuellement à travers le crâne. Certaines équipes médicales implantent chirurgicalement des électrodes chez les patients épileptiques. Toutefois, ces procédures n'atteignent pas la région du cerveau que l'on pense responsable du traitement des nombres.
Avancement innovant d'approches établies
Simon Jacob et une équipe interdisciplinaire ont donc mis au point une approche qui adapte des technologies établies et ouvre des possibilités entièrement nouvelles dans le domaine des neurosciences. Au cœur de la procédure se trouvent des réseaux de microélectrodes qui ont fait l'objet de tests approfondis dans le cadre d'études animales.
Pour s'assurer que les électrodes produiraient des données fiables lors de chirurgies éveillées sur le cerveau humain, les chercheurs ont dû les reconfigurer en étroite collaboration avec le fabricant. L'astuce consistait à augmenter la distance entre les capteurs en forme d'aiguille utilisés pour enregistrer les activités électriques d'une cellule. "En théorie, des électrodes très serrées produisent plus de données", explique Simon Jacob. "Mais en pratique, le grand nombre de contacts étourdit la région cérébrale implantée, de sorte qu'aucune donnée utilisable n'est enregistrée.
Les patients soutiennent la recherche
La mise au point de la procédure n'a été possible que parce que des patients atteints de tumeurs cérébrales ont accepté de soutenir l'équipe de recherche. Lors de l'opération du cerveau, ils ont permis l'implantation de capteurs et ont effectué des tâches de test pour les chercheurs. Selon Simon Jacob, les procédures expérimentales n'ont pas affecté négativement le travail de l'équipe chirurgicale.
Un plus grand nombre de centres médicaux peuvent mener des études
"Notre procédure présente deux avantages majeurs", explique Simon Jacob. Tout d'abord, ces interventions chirurgicales sur les tumeurs permettent d'accéder à une zone beaucoup plus large du cerveau. "Deuxièmement, grâce aux électrodes que nous avons utilisées, qui ont été normalisées et testées au cours d'années d'essais sur des animaux, un nombre beaucoup plus important de centres médicaux pourront mesurer l'activité neuronale à l'avenir", ajoute Simon Jacob. Alors que les opérations de l'épilepsie ne sont pratiquées que dans un petit nombre de centres et sur relativement peu de patients, explique-t-il, beaucoup plus d'hôpitaux universitaires pratiquent des opérations éveillées sur des patients atteints de tumeurs cérébrales. "Avec un nombre beaucoup plus important d'études utilisant des méthodes et des capteurs standardisés, nous pourrons en apprendre beaucoup plus dans les années à venir sur le fonctionnement du cerveau humain", déclare Simon Jacob.
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.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités du secteur des sciences de la vie
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée aux biotechnologies, au secteur pharmaceutique et aux sciences de la vie vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
