Dans une nouvelle étude publiée dans La santé numérique du Lancetdes scientifiques de l'USC Mark et Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute (Stevens INI) ont découvert que le cerveau des personnes souffrant d'un handicap physique grave après un accident vasculaire cérébral peut se réorganiser de manière inattendue, montrant des signes de structure cérébrale « plus jeune » dans des régions intactes à mesure qu'elles s'adaptent à la blessure.
L'effort de recherche international fait partie du groupe de travail sur la récupération de l'AVC Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta-Analysis (ENIGMA), qui a analysé les scintigraphies cérébrales de plus de 500 survivants d'un AVC dans 34 sites de recherche dans huit pays. À l’aide de modèles d’apprentissage profond formés sur des dizaines de milliers d’IRM, les chercheurs ont estimé « l’âge du cerveau » de différentes régions de chaque hémisphère pour voir comment les dommages causés par un accident vasculaire cérébral affectent la structure et la récupération du cerveau.
« Nous avons constaté que les accidents vasculaires cérébraux plus importants accélèrent le vieillissement dans l'hémisphère endommagé mais, paradoxalement, rajeunissent le côté opposé du cerveau », a déclaré Hosung Kim, PhD, professeur agrégé de recherche en neurologie à la Keck School of Medicine de l'USC et co-auteur principal de l'étude. « Ce modèle suggère que le cerveau pourrait se réorganiser, rajeunissant essentiellement les réseaux intacts pour compenser la fonction perdue. »
L’équipe de recherche a utilisé une forme avancée d’intelligence artificielle connue sous le nom de réseau convolutionnel graphique pour prédire l’âge biologique de 18 régions du cerveau à partir des données d’IRM. La différence entre l’âge cérébral prévu d’une personne et son âge chronologique réel, connue sous le nom de différence d’âge prédit par le cerveau (brain-PAD), a servi de marqueur sensible de la santé neuronale.
Lorsque l'équipe a associé ces mesures aux scores de performance motrice, ils ont découvert une tendance frappante : les survivants d'un AVC présentant de graves déficits de mouvement, même après plus de 6 mois de rééducation, présentaient un âge cérébral plus jeune que prévu dans les régions opposées à la lésion, en particulier au sein du réseau frontopariétal, un système clé impliqué dans la planification motrice, l'attention et la coordination.
« Ces résultats suggèrent que lorsque les dommages causés par un accident vasculaire cérébral entraînent une plus grande perte de mouvement, les régions non endommagées du côté opposé du cerveau peuvent s'adapter pour aider à compenser », a expliqué Kim. « Nous avons constaté cela dans le réseau frontopariétal contralésionnel, qui présentait un schéma plus « jeune » et est connu pour soutenir la planification motrice, l'attention et la coordination. Plutôt que d'indiquer une récupération complète du mouvement, ce schéma peut refléter la tentative du cerveau de s'ajuster lorsque le système moteur endommagé ne peut plus fonctionner normalement. Cela nous donne une nouvelle façon de voir la neuroplasticité que l'imagerie traditionnelle ne pouvait pas capturer. «
L'étude a été menée par l'intermédiaire d'ENIGMA, une alliance mondiale qui rassemble des données provenant de plus de 50 pays pour mieux comprendre le cerveau dans toutes les maladies. Les chercheurs ont harmonisé les données IRM et les mesures cliniques sur des dizaines de cohortes pour créer le plus grand ensemble de données de neuroimagerie sur les accidents vasculaires cérébraux au monde.
« En regroupant les données de centaines de survivants d'un AVC dans le monde et en appliquant une IA de pointe, nous pouvons détecter des schémas subtils de réorganisation cérébrale qui seraient invisibles dans des études plus petites. Ces découvertes du vieillissement cérébral différentiel au niveau régional lors d'un AVC chronique pourraient éventuellement guider des stratégies de rééducation personnalisées », a déclaré Arthur W. Toga, PhD, directeur du Stevens INI et professeur principal à l'USC.
L'équipe prévoit d'élargir son travail pour inclure des études longitudinales suivant les patients des stades aigus aux stades chroniques de la guérison d'un AVC. En observant comment les schémas de vieillissement et de réorganisation du cerveau se développent au fil du temps, les cliniciens pourraient être en mesure de personnaliser les interventions en fonction du processus d'adaptation neuronale unique de chaque patient, améliorant ainsi les résultats de récupération et la qualité de vie dans un avenir proche.
Apprenez-en davantage sur les associations entre la neuroplasticité contralésionnelle et la déficience motrice en visionnant cette vidéo réalisée par Stevens INI.
