Une nouvelle technologie qui utilise des ondes lumineuses inoffensives pour mesurer l'activité du cerveau des bébés a fourni l'image la plus complète à ce jour des fonctions cérébrales comme l'audition, la vision et le traitement cognitif en dehors d'un scanner cérébral conventionnel et restrictif, dans une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'UCL et de Birkbeck.
Le casque d'imagerie cérébrale portable, développé en collaboration avec Gowerlabs, une spin-off de l'UCL, a détecté une activité inattendue dans le cortex préfrontal, une zone du cerveau qui traite les émotions, en réponse aux stimuli sociaux, ce qui semble confirmer que les bébés commencent à traiter ce qui leur arrive dans les situations sociales dès l'âge de cinq mois.
Cette technologie de pointe permet de mesurer l'activité neuronale sur toute la surface externe du cerveau d'un bébé. Une version antérieure développée par la même équipe ne pouvait mesurer l'activité que dans une ou deux parties du cerveau d'un bébé à la fois.
Les chercheurs affirment que cette technologie pourrait aider à cartographier les connexions entre différentes régions du cerveau et à établir ce qui distingue le développement neurologique typique et atypique dans les premières étapes cruciales de l’enfance et à faire la lumière sur les conditions de neurodiversité telles que l’autisme, la dyslexie et le TDAH.
Le développement du nouveau dispositif et les résultats des premiers tests sont documentés dans une nouvelle étude, publiée dans Imagerie en neuroscienceset sera présenté au British Science Festival le samedi 14 septembre.
Le Dr Liam Collins-Jones, premier auteur de l'étude de l'UCL Medical Physics & Biomedical Engineering et de l'Université de Cambridge, a déclaré : « Nous avons déjà développé une approche d'imagerie portable qui pourrait cartographier l'activité dans des zones spécifiques du cerveau.
« Mais cela rendait difficile d'obtenir une image complète car nous ne pouvions nous concentrer que sur une ou deux zones de manière isolée, alors qu'en réalité, différentes parties du cerveau travaillent ensemble pour naviguer dans des scénarios du monde réel.
« La nouvelle méthode nous permet d'observer ce qui se passe sur toute la surface externe du cerveau sous le cuir chevelu, ce qui constitue un grand pas en avant. Elle ouvre des possibilités pour repérer les interactions entre différentes zones et détecter l'activité dans des zones que nous n'aurions peut-être pas su observer auparavant.
« Cette image plus complète de l'activité cérébrale pourrait améliorer notre compréhension du fonctionnement du cerveau du bébé lorsqu'il interagit avec le monde qui l'entoure, ce qui pourrait nous aider à optimiser le soutien aux enfants neurodivers dès leur plus jeune âge. »
C’est la première fois que des différences d’activité sur une zone aussi vaste du cerveau sont mesurées chez des bébés à l’aide d’un appareil portable, incluant des parties du cerveau impliquées dans le traitement du son, de la vision et des émotions.
La technologie développée et testée dans cette étude est un tremplin vers une meilleure compréhension des processus cérébraux qui sous-tendent le développement social, que nous n’avons pas pu observer auparavant, en dehors des limites très restrictives d’un scanner IRM.
« Grâce à cela, nous devrions être capables de voir ce qui se passe dans le cerveau des bébés lorsqu'ils jouent, apprennent et interagissent avec d'autres personnes de manière très naturelle. »
Professeure Emily Jones, auteure de l'étude de Birkbeck, Université de Londres
Le nouveau dispositif a été testé sur seize bébés âgés de cinq à sept mois. Les bébés étaient assis sur les genoux de leurs parents et on leur montrait des vidéos d'acteurs chantant des comptines pour imiter un scénario social, et des vidéos de jouets en mouvement, comme une balle roulant sur une rampe, pour imiter un scénario non social.
Les chercheurs ont observé des différences d'activité cérébrale entre les deux scénarios. En plus des résultats inattendus observés dans le cortex préfrontal en réponse aux stimuli sociaux, les chercheurs ont constaté que l'activité était plus localisée en réponse aux stimuli sociaux qu'aux stimuli non sociaux, validant ainsi les résultats antérieurs des études de neuroimagerie optique et d'IRM.
Actuellement, la méthode la plus complète pour voir ce qui se passe dans le cerveau humain est l'imagerie par résonance magnétique (IRM), qui consiste à laisser le sujet immobile dans le scanner pendant potentiellement 30 minutes ou plus.
L’inconvénient de cette approche est qu’il est difficile d’imiter des scénarios naturels, comme l’interaction avec une autre personne ou l’exécution d’une tâche, en particulier avec des nourrissons qui devraient être endormis ou attachés pour qu’une IRM puisse imager avec succès leur activité cérébrale.
Pour remédier à ce problème, l’équipe de chercheurs a utilisé ces dernières années une forme de neuroimagerie optique, appelée tomographie optique diffuse à haute densité (HD-DOT), pour développer des appareils portables capables d’étudier l’activité cérébrale de manière plus naturelle. Cette technologie présente également l’avantage d’être moins chère et plus portable que l’IRM.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont développé une méthode de neuroimagerie optique HD-DOT capable de scanner l’ensemble de la tête du nourrisson.
L'appareil utilisé dans l'étude a été adapté d'un système commercial développé par Gowerlabs, une société dérivée de l'UCL fondée en 2013 par des chercheurs du laboratoire de recherche en optique biomédicale de l'UCL.
Le Dr Rob Cooper, auteur principal de l'étude de l'UCL Medical Physics & Biomedical Engineering, a déclaré : « Cet appareil est un excellent exemple de recherche universitaire et de développement technologique commercial travaillant main dans la main.
« La collaboration de longue date entre l'UCL et Gowerlabs, ainsi que nos partenaires universitaires, a été fondamentale pour le développement de la technologie portable HD-DOT. »
Le Dr Collins-Jones donnera une conférence sur cette recherche au British Science Festival le samedi 14 septembre à 13h00.
