Des scientifiques de l’Université de Sydney et de l’Université de Fudan ont découvert des signaux cérébraux humains voyageant à travers la couche externe du tissu neural qui s’arrangent naturellement pour ressembler à des spirales tourbillonnantes.
La recherche, publiée aujourd’hui dans Nature Comportement humainindique que ces spirales omniprésentes, qui sont des signaux cérébraux observés sur le cortex pendant les états de repos et cognitifs, aident à organiser l’activité cérébrale et le traitement cognitif.
L’auteur principal, le professeur agrégé Pulin Gong, de l’École de physique de la Faculté des sciences, a déclaré que la découverte pourrait avoir le potentiel de faire progresser de puissantes machines informatiques inspirées du fonctionnement complexe du cerveau humain.
Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour comprendre le fonctionnement du cerveau et fournit des informations précieuses sur les fonctions fondamentales du cerveau humain. Il pourrait aider les chercheurs médicaux à comprendre les effets des maladies du cerveau, telles que la démence, en examinant le rôle qu’elles jouent.
Notre étude suggère que mieux comprendre comment les spirales sont liées au traitement cognitif pourrait considérablement améliorer notre compréhension de la dynamique et des fonctions du cerveau. »
Pulin Gong, professeur agrégé, École de physique, Faculté des sciences, Université de Sydney
« Ces modèles en spirale présentent une dynamique complexe et complexe, se déplaçant à travers la surface du cerveau tout en tournant autour de points centraux connus sous le nom de singularités de phase
« Tout comme les vortex agissent dans la turbulence, les spirales s’engagent dans des interactions complexes, jouant un rôle crucial dans l’organisation des activités complexes du cerveau.
« Les interactions complexes entre plusieurs spirales coexistantes pourraient permettre aux calculs neuronaux d’être effectués de manière distribuée et parallèle, conduisant à une efficacité de calcul remarquable. »
Le doctorant Yiben Xu, auteur principal de la recherche de l’École de physique, a déclaré que l’emplacement des spirales sur le cortex pourrait leur permettre de connecter l’activité dans différentes sections, ou réseaux, du cerveau – agissant comme un pont de communication. De nombreuses spirales sont suffisamment grandes pour couvrir plusieurs réseaux.
Le cortex du cerveau, également connu sous le nom de cortex cérébral, est la couche la plus externe du cerveau responsable de nombreuses fonctions cognitives complexes, notamment la perception, la mémoire, l’attention, le langage et la conscience.
« L’une des principales caractéristiques de ces spirales cérébrales est qu’elles émergent souvent aux frontières qui séparent différents réseaux fonctionnels dans le cerveau », a déclaré M. Xu.
« Grâce à leur mouvement de rotation, ils coordonnent efficacement le flux d’activité entre ces réseaux.
« Dans nos recherches, nous avons observé que ces spirales cérébrales en interaction permettent une reconfiguration flexible de l’activité cérébrale lors de diverses tâches impliquant le traitement du langage naturel et la mémoire de travail, qu’elles réalisent en modifiant leurs sens de rotation. »
Les scientifiques ont rassemblé leurs découvertes à partir de scanners cérébraux d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) de 100 jeunes adultes, qu’ils ont analysés par adapter les méthodes utilisées pour comprendre les modèles d’ondes complexes dans la turbulence.
Les neurosciences se sont traditionnellement concentrées sur les interactions entre les neurones pour comprendre le fonctionnement du cerveau. De plus en plus de scientifiques étudient des processus plus vastes dans le cerveau pour nous aider à comprendre ses mystères.
« En démêlant les mystères de l’activité cérébrale et en découvrant les mécanismes régissant sa coordination, nous nous rapprochons de la libération du plein potentiel de compréhension de la cognition et de la fonction cérébrale », a déclaré le professeur agrégé Gong.
