Les mathématiques peuvent ne pas être la première chose que les gens associent à la recherche sur la maladie d'Alzheimer. Mais pour Pedro Maia, professeur adjoint de mathématiques et de sciences des données à l'Université du Texas à Arlington, analysant comment différentes parties du cerveau interagissent comme un réseau révèlent de nouvelles perspectives sur l'un des troubles cérébraux les plus dévastateurs du monde.
Le dernier élaboration du Dr Maia a développé une percée en collaboration avec des collègues de la modélisation mathématique avancée de l'Université de Californie – San Francisco, la maladie d'Alzheimer se propage de manière inégale dans le cerveau. Leur travail révèle pourquoi certaines régions cérébrales sont plus vulnérables aux dommages causés par Tau, une protéine qui s'accumule dans les cellules cérébrales et perturbe leur fonction normale, tandis que d'autres zones restent plus résistantes.
L'étude a récemment été publiée dans Cerveauun journal de premier plan en neurologie clinique.
Ce qui est intéressant, c'est ainsi que les mathématiques, les méthodes de données et la science des données et la modélisation mathématique peuvent en fait apporter des informations avancées dans la maladie d'Alzheimer. «
Dr Pedro Maia, professeur adjoint de mathématiques et de sciences des données, Université du Texas à Arlington
Maia et ses collègues UCSF ont créé un outil mathématique appelé un modèle de diffusion de réseau étendu – qui suit la façon dont la protéine Tau se construit et se propage dans le réseau de régions interconnectées du cerveau. En utilisant ce modèle, les chercheurs peuvent classer les gènes en quatre catégories: celles qui suivent les modèles de réseau du cerveau et augmenter la vulnérabilité; Ceux qui suivent les modèles et offrent une protection; Ceux qui agissent indépendamment mais augmentent les risques; et ceux qui agissent indépendamment et aident à protéger le cerveau.
C'est une étape importante dans l'avancement de la recherche d'Alzheimer, contribuant à répondre à une question qui a dérouté les chercheurs depuis des années: pourquoi certaines régions du cerveau se détériorent-elles rapidement tandis que d'autres restent largement intactes?
Le modèle, comme l'a dit Maia, « nous aide à démêler ce qui n'était auparavant qu'un sac en désordre de gènes. »
« L'idée est que le cerveau n'est pas des régions uniformes-différentiels sont constituées de différents types de cellules et de gènes, et ils sont également connectés différemment », a-t-il poursuivi. « Les régions plus connectées ou plus proches des zones affectées sont plus vulnérables. Les régions isolées ont tendance à être plus résilientes. »
L'étude a utilisé des données de 196 personnes. Parmi ces participants, 102 avaient reçu un diagnostic de déficience cognitive légère à un stade précoce, 47 avec une déficience légère à un stade avancé et 47 avec la maladie d'Alzheimer. Des recherches antérieures de Maia et de ses collègues se sont appuyées sur des études plus contrôlées à l'aide de modèles de rongeurs.
« Les données humaines, même s'il est plus difficile de travailler avec les variables impliquées, nous donne un aperçu direct de la façon dont Alzheimer progresse chez de vraies personnes », a déclaré Maia. « Si nous voulons développer des traitements qui fonctionnent chez l'homme, nous avons besoin de données qui proviennent de l'homme. »
Au Texas, près d'un demi-million de personnes vivent avec la maladie d'Alzheimer alors que l'État se classe quatrième du pays pour les cas d'Alzheimer et le deuxième dans les décès liés à l'Alzheimer. Cela se traduit par environ 24 milliards de dollars de dépenses pour l'État chaque année, selon le Texas Department of State Health Services.
Pour Maia, l'application de ses antécédents mathématiques à la recherche d'Alzheimer a été particulièrement enrichissante. Il le voit comme faisant partie d'un changement plus large dans l'évolution du domaine des mathématiques.
« Au cours du siècle dernier, la physique a été la grande inspiration pour la recherche mathématique », a-t-il déclaré. « Aujourd'hui, la biologie, en particulier le cerveau, devient la grande source d'inspiration. Si vous êtes prêt à discuter dans des contextes multidisciplinaires, vous verrez que la modélisation des mathématiques a toujours un grand rôle à jouer. »
