Des scientifiques de l’UNC School of Medicine ont cartographié la surface du cortex du jeune cerveau humain avec une résolution sans précédent, révélant le développement de régions fonctionnelles clés de deux mois avant la naissance à deux ans après.
La nouvelle cartographie du développement cortical, rapportée en ligne dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesreprésente une ressource précieuse pour les recherches futures sur le développement du cerveau et offre une nouvelle approche puissante pour l’étude des conditions de développement du cerveau telles que l’autisme et la schizophrénie.
Ces résultats fournissent une référence importante pour explorer et comprendre la dynamique du développement précoce du cerveau. »
Gang Li, PhD, auteur principal de l’étude, professeur agrégé de radiologie, UNC School of Medicine
Le premier auteur de l’étude était Ying Huang, candidat au doctorat dans le laboratoire de Li.
Le cortex est une feuille de cellules cérébrales qui enveloppe une grande partie du reste du cerveau. La région cérébrale la plus avancée sur le plan de l’évolution, elle est proportionnellement plus grande chez l’homme que chez les autres mammifères, et est responsable de fonctions supérieures, typiquement humaines, y compris les capacités linguistiques et le raisonnement abstrait.
Le troisième trimestre de la grossesse jusqu’aux deux premières années de la vie est la période la plus dynamique du développement cortical. Le cortex s’épaissit nettement pendant cet intervalle et se développe à un rythme encore plus rapide en termes de surface, en formant des plis corticaux compliqués.
Les perturbations de l’épaississement et de l’expansion corticales dans cette phase ont été liées à l’autisme et à la schizophrénie. Cependant, les neuroscientifiques n’ont pas une compréhension aussi détaillée de cette phase de développement qu’ils le souhaiteraient. En particulier, ils ont eu besoin d’une cartographie plus complète et à haute résolution, dans toute la tranche d’âge du fœtus au tout-petit, qui divise ou « particule » le cortex en développement en régions distinctes avec leurs propres taux de croissance – en particulier la croissance de la surface les taux.
Dans l’étude, Li et ses collègues ont effectué une telle cartographie. Ils ont d’abord rassemblé un ensemble de 1 037 scans d’imagerie par résonance magnétique (IRM) de haute qualité de nourrissons dans l’intervalle d’âge du troisième trimestre à deux ans. Les scans provenaient de deux autres projets de recherche, le projet UNC/UMN Baby Connectome (BCP) et le projet Developing Human Connectome. L’équipe a analysé les données d’analyse à l’aide de méthodes de traitement d’image informatisées de pointe, divisant essentiellement la surface corticale en un maillage virtuel contenant des milliers de minuscules zones circulaires et calculant le taux d’expansion de surface pour chacune de ces zones. .
L’analyse n’a pas commencé avec des hypothèses sur les emplacements des structures cérébrales ou des régions fonctionnelles, mais cette régionalisation du cerveau est devenue évidente à partir des cartes résultantes, basées uniquement sur les différents taux auxquels les zones de la surface se sont développées. En tout, les chercheurs ont défini 18 régions distinctes, qu’ils ont trouvées bien corrélées avec ce que l’on sait déjà sur les régions fonctionnelles du cortex en développement.
« Toutes ces régions montrent une expansion spectaculaire de la surface au cours de cette fenêtre de développement, chaque région ayant une trajectoire distincte », a déclaré Li.
Les cartes ont révélé que chaque région avait tendance à avoir le même chemin de développement que son homologue dans l’hémisphère opposé du cortex. Les différences entre les sexes étaient également apparentes. Même en contrôlant les différences entre les sexes dans la surface globale – les cerveaux masculins ayant une plus grande surface – il subsistait des différences dans plusieurs régions. Par exemple, la région préfrontale médiale de l’hémisphère gauche, censée héberger des fonctions importantes telles que l’attention et la mémoire de travail, est devenue proportionnellement plus grande chez les hommes au début de la deuxième année de vie postnatale.
L’analyse a également montré que les schémas d’expansion de la surface corticale au cours de cette première période de la vie étaient très différents des schémas de développement de l’épaisseur corticale, ce qui suggère que ces deux mesures du développement cérébral impliquent des mécanismes distincts.
Dans l’ensemble, a déclaré Li, la cartographie fournit de nouvelles informations fondamentales sur le développement du cerveau.
Lui et son équipe prévoient maintenant d’étendre cette approche avec des ensembles de données d’IRM qui commencent à des âges plus précoces et se terminent à des âges plus avancés. Ils espèrent également éventuellement étudier des ensembles de données d’analyse couvrant les enfants atteints du spectre autistique ou d’autres conditions neurodéveloppementales. De telles analyses pourraient offrir non seulement des indices sur les origines de ces conditions, mais aussi l’identification de signes précoces ou de biomarqueurs, qui pourraient à l’avenir être utilisés pour administrer des traitements précoces et plus efficaces.
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