Grâce à l'imagerie de haute technologie et à la réalité virtuelle, un professeur de génie médical de l'Université de Floride du Sud crée une carte détaillée du cerveau qui peut être utilisée pour mieux comprendre les troubles du développement, tels que l'autisme, et fournir des traitements plus précoces et plus efficaces contre les lésions cérébrales et maladies.
Financé par une subvention de 3,3 millions de dollars des National Institutes of Health, George Spirou étend ses quatre décennies de recherche sur le cerveau pour se concentrer sur la partie du cerveau qui traite le son, appelée calice de Held – la plus grande terminaison nerveuse du cerveau humain. . Le dysfonctionnement auditif est souvent à l’origine de symptômes de troubles, tels que l’autisme, qui entraînent généralement des troubles sociaux et cognitifs.
Même si nous nous concentrons sur une partie spécifique du cerveau impliquée dans l’audition, les informations que nous recueillons peuvent nous aider à comprendre les troubles graves du développement qui surviennent lorsque le cerveau ne se développe pas correctement dès le début. Nos découvertes pourraient également ouvrir la voie à des stratégies innovantes pour réparer et reconnecter les circuits neuronaux endommagés affectés par des maladies et des blessures plus tard dans la vie. »
George Spirou, professeur de génie médical, Université de Floride du Sud
En utilisant une technologie d’imagerie haute résolution combinée à l’analyse d’images au sein du laboratoire de développement auditif et de connectomique de l’USF, Spirou crée la chronologie de développement la plus précise pour n’importe quel système neuronal du cerveau. Ils sont capables de capturer le parcours des neurones chez la souris depuis la naissance jusqu'à l'établissement de connexions synaptiques complexes. Selon le NIH, les cerveaux des souris et des humains ont des types et des connexions neuronales très similaires.
Avec un logiciel créé par Spirou et ses collègues, lui et son doctorant Daniel Heller utilisent la réalité virtuelle pour examiner de manière complexe les neurones capturés dans les images et analyser les synapses à travers une expérience immersive. Bien que les systèmes neuronaux en développement aient été étudiés, Spirou a déclaré que ce n'était pas le cas à ce niveau combiné de résolution temporelle et spatiale.
« Entre le quatrième et le cinquième mois de gestation, le nombre de neurones dans le système nerveux explose de façon presque exponentielle et les synapses se forment à un rythme d'environ un million par seconde pendant cette période, ce qui est un nombre incroyable si l'on considère qu'il y en a près de 100. milliards de synapses dans un cerveau humain adulte », a-t-il déclaré. « J'aime y penser car il y a environ 100 milliards d'étoiles dans la Voie Lactée, et il y a à peu près autant de neurones dans le cerveau. »
Heller a travaillé aux côtés de Spirou pendant plusieurs années, le suivant même de l'Université de Virginie occidentale à l'USF en 2019, afin qu'il puisse continuer à apprendre l'approche interdisciplinaire et collaborative de Spirou en matière de recherche. Maintenant proche de l'obtention de son diplôme, la thèse de Heller est largement axée sur ce projet.
« Au niveau cellulaire, les manifestations physiques de ces troubles sont causées par des défauts de développement de la connectivité cérébrale », a déclaré Heller. « D'un point de vue clinique, la recherche de thérapies pour ces troubles est difficile sans une meilleure compréhension de la façon dont le cerveau se développe dans des conditions normales et aboutit au traitement des symptômes plutôt qu'à la recherche d'un remède global. »
Au cours des cinq prochaines années, leur objectif est d’identifier quels signaux déterminent la formation précise de ce système neuronal particulier – un détail manquant qui, une fois compris, révélerait le fonctionnement de la formation dans d’autres circuits neuronaux. En cas de lésion dans un cerveau mature, ces informations seraient utiles pour aider à réorganiser et éventuellement reconnecter les neurones afin d'aider le patient à se rétablir grâce à la chirurgie et à d'autres options de traitement.
« Je suis totalement fasciné par ce qui se passe à ce stade de développement du cerveau et par la façon dont le cerveau dirige sa propre formation – cela me suffit pour me lever le matin et venir faire notre travail », a déclaré Spirou.