Comprendre le cerveau a été l'un des plus grands défis de la science. Chaque découverte ne semble que soulever d'innombrables autres questions sur le fonctionnement interne de cet organe incroyablement complexe. La recherche sur le cerveau rassemble des disciplines comme les neurosciences, la médecine, la biochimie et même la physique. Lors de la réunion de mars 2020 de l'American Physical Society à Denver, les scientifiques présenteront leurs dernières recherches sur la physique du cerveau.
Cartographie du connectome des mammifères
Le chercheur de l'Université de Notre Dame, Zoltan Toroczkai, décrira son travail sur la cartographie des connexions physiques entre les différentes zones du cerveau. En particulier, il s'intéresse aux réseaux cérébraux qui ont été conservés évolutivement à travers les espèces de mammifères, y compris la nôtre.
Notre objectif est de comprendre comment fonctionne le cerveau, et pour cela, nous devons comprendre comment le cerveau est connecté. Avec ces données de connectivité, nous voulons rechercher toute régularité dans la façon dont le cerveau est câblé. «
Zoltan Toroczkai, professeur de physique, informatique et ingénierie, Université de Notre Dame
Malgré d'énormes variations dans la taille du cerveau des mammifères, lui et ses collaborateurs ont découvert que l'organisation du cerveau suit un principe appelé la règle de distance exponentielle. Il indique que la probabilité de câblage entre deux zones corticales diminue exponentiellement à mesure qu'elles s'éloignent l'une de l'autre.
Façonner le petit cerveau
Malgré sa petite taille, le cervelet humain – latin pour «petit cerveau» – contient plus de neurones que le reste du cerveau. Il gère la coordination musculaire et le sens de l'équilibre de notre corps. Comme le cerveau, il a deux hémisphères, des lobes qui se ramifient en lobes plus petits et des plis de surface complexes qui se forment pendant les premiers stades de croissance.
Jennifer Schwarz, physicienne à l'Université de Syracuse, étudie comment le cervelet prend sa forme alambiquée. Elle rendra compte d'un nouveau modèle de «flambement sans flexion» qui prédit la formation de ses plis, lobes et autres caractéristiques morphologiques complexes.
Le modèle de Schwarz consiste en un noyau rigide de cellules entouré d'une couche corticale fluide de cellules en division. Le changement de forme se produit à la suite de contraintes mécaniques sur la couche corticale externe alors qu'elle continue de croître. Les résultats ont des implications possibles pour les maladies liées au repliement du cerveau, et des applications supplémentaires pour le développement de la forme dans d'autres parties du corps comme la rétine.
Comment la musique guérit le cerveau
Nos cerveaux réagissent à la musique de différentes manières. Cela peut expliquer pourquoi la musicothérapie fonctionne pour certains patients et pas pour d'autres, suggère une nouvelle recherche de Melia Bonomo de l'Université Rice, candidate au doctorat en physique appliquée.
Bonomo et ses collègues ont scanné le cerveau de personnes en bonne santé pendant qu'ils écoutaient leur chanson préférée, leur musique familière et inconnue et leurs enregistrements vocaux. Ils ont trouvé des différences individuelles dans les modèles de connexion du cerveau entier et la co-activation des régions responsables de la mémoire autobiographique, de la prospection et du traitement des émotions.
Dans une prochaine étape, elle souhaite déterminer si ces modèles d'activité neuronale pourraient être utilisés pour trouver des stimuli auditifs susceptibles de stimuler avec succès les résultats de la musicothérapie.
« À court terme, nous appliquons les résultats à un essai clinique que nous venons de commencer à tester les avantages pour la santé mentale de participer à un cours de musique créative de six semaines pour les patients souffrant de troubles cognitifs légers », a-t-elle déclaré.
La source:
American Physical Society
