Des chercheurs de l’Université de Tel Aviv, dirigés par le professeur Yaniv Assaf de l’école de neurobiologie, de biochimie et de biophysique et de l’école Sagol de neuroscience et le professeur Yossi Yovel de l’école de zoologie, de l’école Sagol de neuroscience et du Steinhardt Museum of Natural Histoire, a mené une première du genre étude conçu pour étudier la connectivité cérébrale chez 130 espèces de mammifères. Les résultats intrigants, contredisant les conjectures répandues, ont révélé que les niveaux de connectivité cérébrale sont égaux chez tous les mammifères, y compris les humains.

«Nous avons découvert que la connectivité cérébrale – à savoir l’efficacité du transfert d’informations à travers le réseau neuronal – ne dépend ni de la taille ni de la structure d’un cerveau spécifique», explique le professeur Assaf. «En d’autres termes, le cerveau de tous les mammifères, des minuscules souris aux humains en passant par les grands taureaux et dauphins, présente une connectivité égale et les informations circulent avec la même efficacité en leur sein. Nous avons également constaté que le cerveau préserve cet équilibre via un mécanisme de compensation spécial. : lorsque la connectivité entre les hémisphères est élevée, la connectivité au sein de chaque hémisphère est relativement faible, et vice versa. « 

Les participants comprenaient des chercheurs du Kimron Veterinary Institute à Beit Dagan, de l’École d’informatique de TAU et de la Faculté de médecine du Technion. L’article a été publié dans Neuroscience de la nature.

«La connectivité cérébrale est une caractéristique centrale, essentielle au fonctionnement du cerveau», explique le professeur Assaf. « De nombreux scientifiques ont supposé que la connectivité dans le cerveau humain est significativement plus élevée par rapport aux autres animaux, comme une explication possible du fonctionnement supérieur de » l’animal humain « . » D’un autre côté, selon le professeur Yovel, « Nous savons que les caractéristiques clés sont conservées tout au long du processus évolutif. Ainsi, par exemple, tous les mammifères ont quatre membres. Dans ce projet, nous avons souhaité explorer la possibilité que la connectivité cérébrale puisse être une caractéristique clé de ce type – maintenue chez tous les mammifères indépendamment de leur taille ou structure cérébrale. À cette fin, nous avons utilisé des outils de recherche avancés. « 

Le projet a commencé par des IRM de diffusion avancées du cerveau d’environ 130 mammifères, chacun représentant une espèce différente. (Tous les cerveaux ont été prélevés sur des animaux morts, et aucun animal n’a été euthanasié aux fins de cette étude.) Les cerveaux, obtenus de l’Institut vétérinaire de Kimron, représentaient un très large éventail de mammifères – des minuscules chauves-souris pesant 10 grammes aux dauphins dont le poids peut atteindre des centaines de kilogrammes. Étant donné que le cerveau d’une centaine de ces mammifères n’avait jamais été scanné par IRM auparavant, le projet a généré une nouvelle base de données unique au monde. Les cerveaux de 32 humains vivants ont également été scannés de la même manière. La technologie unique, qui détecte la substance blanche dans le cerveau, a permis aux chercheurs de reconstruire le réseau neuronal: les neurones et leurs axones (fibres nerveuses) à travers lesquels l’information est transférée, et les synapses (jonctions) où ils se rencontrent.

Le défi suivant consistait à comparer les scans de différents types d’animaux, dont le cerveau varie considérablement en taille et / ou en structure. À cette fin, les chercheurs ont utilisé des outils de la théorie des réseaux, une branche des mathématiques qui leur a permis de créer et d’appliquer une jauge uniforme de conductivité cérébrale: le nombre de synopsis qu’un message doit traverser pour se rendre d’un endroit à un autre dans le réseau neuronal.

«Le cerveau d’un mammifère est constitué de deux hémisphères reliés entre eux par un ensemble de fibres neurales (axones) qui transfèrent des informations», explique le professeur Assaf. «Pour chaque cerveau que nous avons scanné, nous avons mesuré quatre jauges de connectivité: la connectivité dans chaque hémisphère (connexions intrahémisphériques), la connectivité entre les deux hémisphères (interhémisphérique) et la connectivité globale. Nous avons découvert que la connectivité cérébrale globale reste la même pour tous les mammifères, grands ou petit, y compris les humains. En d’autres termes, les informations voyagent d’un endroit à un autre à travers le même nombre de synapses. Il faut dire, cependant, que différents cerveaux utilisent des stratégies différentes pour préserver cette mesure égale de la connectivité globale: certains présentent une forte connectivité interhémisphérique et une connectivité plus faible dans les hémisphères, tandis que d’autres affichent le contraire. « 

Le professeur Yovel décrit une autre découverte intéressante. «Nous avons constaté que les variations de compensation de la connectivité caractérisent non seulement différentes espèces, mais également différents individus au sein d’une même espèce», dit-il. « En d’autres termes, le cerveau de certains rats, chauves-souris ou humains présente une connectivité interhémisphérique plus élevée au détriment de la connectivité dans les hémisphères, et inversement – par rapport à d’autres de la même espèce. Il serait fascinant de faire l’hypothèse à quel point différent Les types de connectivité cérébrale peuvent affecter diverses fonctions cognitives ou capacités humaines telles que le sport, la musique ou les mathématiques. Ces questions seront abordées dans nos recherches futures. « 

«Notre étude a révélé une loi universelle: la conservation de la connectivité cérébrale», conclut le professeur Assaf. « Cette loi indique que l’efficacité du transfert d’informations dans le réseau neuronal du cerveau est égale chez tous les mammifères, y compris les humains. Nous avons également découvert un mécanisme de compensation qui équilibre la connectivité dans chaque cerveau de mammifère. Ce mécanisme garantit une connectivité élevée dans une zone spécifique de le cerveau, éventuellement manifesté par un talent spécial (par exemple le sport ou la musique), est toujours contré par une connectivité relativement faible dans une autre partie du cerveau. Dans les projets futurs, nous étudierons comment le cerveau compense la connectivité améliorée associée à des capacités et des processus d’apprentissage spécifiques. . « 

Référence

Assaf et al. (2020). Conservation de la connectivité cérébrale et du câblage à travers la classe des mammifères. Neuroscience de la nature. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1038/s41593-020-0641-7

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