Premières mesures non invasives de signaux cérébraux rapides – Technoguide

Le cerveau traite les informations en utilisant à la fois des courants lents et rapides. Jusqu’à présent, les chercheurs devaient utiliser des électrodes placées à l’intérieur du cerveau pour mesurer ce dernier. Pour la première fois, des chercheurs de la Charité – Universitätsmedizin Berlin et de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ont réussi à visualiser ces signaux cérébraux rapides de l’extérieur – et ont trouvé un degré surprenant de variabilité. Selon leur article dans les Actes de la National Academy of Sciences, les chercheurs ont utilisé un appareil de magnétoencéphalographie particulièrement sensible pour accomplir cet exploit.

Le traitement des informations à l’intérieur du cerveau est l’un des processus les plus complexes du corps. La perturbation de ce traitement conduit souvent à de graves troubles neurologiques. L’étude de la transmission du signal à l’intérieur du cerveau est donc essentielle pour comprendre une myriade de maladies. D’un point de vue méthodologique, cependant, cela crée des défis majeurs pour les chercheurs. Le désir d’observer les cellules nerveuses du cerveau fonctionnant “ à la vitesse de la pensée ”, mais sans avoir besoin de placer des électrodes à l’intérieur du cerveau, a conduit à l’émergence de deux techniques à haute résolution temporelle: l’électroencéphalographie (EEG) et la magnétoencéphalographie (MEG) . Les deux méthodes permettent de visualiser l’activité cérébrale de l’extérieur du crâne. Cependant, si les résultats des courants lents sont fiables, ceux des courants rapides ne le sont pas.

Des courants lents – appelés potentiels postsynaptiques – se produisent lorsque des signaux créés par une cellule nerveuse sont reçus par une autre. Le déclenchement ultérieur d’impulsions (qui transmettent des informations aux neurones ou muscles en aval) produit des courants rapides qui ne durent qu’une milliseconde. Ceux-ci sont connus sous le nom de potentiels d’action. «Jusqu’à présent, nous n’avons pu observer les cellules nerveuses que lorsqu’elles reçoivent des informations, pas lorsqu’elles transmettent des informations en réponse à un seul stimulus sensoriel», explique le Dr Gunnar Waterstraat du Département de neurologie de la Charité avec neurologie expérimentale sur le campus Benjamin Franklin. “On pourrait dire que nous étions effectivement aveugles d’un œil.” Sous la direction du Dr Waterstraat et du Dr Rainer Körber du PTB, une équipe de chercheurs a maintenant jeté les bases nécessaires pour changer cela. Le groupe de recherche interdisciplinaire a réussi à rendre la technologie MEG suffisamment sensible pour lui permettre de détecter même les oscillations cérébrales rapides produites en réponse à un seul stimulus sensoriel.

Ils l’ont fait en réduisant considérablement le bruit du système produit par le dispositif MEG lui-même. «Les capteurs de champ magnétique à l’intérieur du dispositif MEG sont immergés dans de l’hélium liquide, pour les refroidir à -269 ° C (4,2 K)», explique le Dr Körber. Il ajoute: «Pour ce faire, le système de refroidissement nécessite une isolation thermique complexe. Cette super-isolation est constituée de feuilles revêtues d’aluminium qui produisent un bruit magnétique et masqueront donc de petits champs magnétiques tels que ceux associés aux cellules nerveuses. Nous avons maintenant changé la conception de la superisolation de manière à ce que ce bruit ne soit plus mesurable. Ce faisant, nous avons réussi à multiplier par dix la sensibilité de la technologie MEG. “

Les chercheurs ont utilisé l’exemple de la stimulation d’un nerf dans le bras pour démontrer que le nouvel appareil est en effet capable d’enregistrer des ondes cérébrales rapides. Dans le cadre de leur étude sur quatre sujets sains, les chercheurs ont appliqué une stimulation électrique à un nerf spécifique au poignet tout en positionnant le capteur MEG immédiatement au-dessus de la zone du cerveau responsable du traitement des stimuli sensoriels appliqués à la main. Pour éliminer les sources d’interférences extérieures telles que les réseaux électriques et les composants électroniques, les mesures ont été effectuées dans l’une des salles d’enregistrement blindées du PTB. Les chercheurs ont découvert que, ce faisant, ils étaient capables de mesurer les potentiels d’action produits par un petit groupe de neurones activés simultanément dans le cortex du cerveau en réponse à des stimuli individuels. «Pour la première fois, une approche non invasive nous a permis d’observer les cellules nerveuses du cerveau en envoyant des informations en réponse à un seul stimulus sensoriel», explique le Dr Waterstraat. Il poursuit: “Une observation intéressante était le fait que ces oscillations cérébrales rapides ne sont pas de nature uniforme mais changent avec chaque stimulus. Ces changements se sont également produits indépendamment des signaux cérébraux lents. Il existe une énorme variabilité dans la façon dont le cerveau traite les informations sur le toucher. d’une main, bien que tous les stimuli appliqués soient identiques. “

Le fait que les chercheurs soient désormais en mesure de comparer les réponses individuelles à des stimuli ouvre la voie aux chercheurs en neurologie pour enquêter sur des questions qui restaient auparavant sans réponse: dans quelle mesure des facteurs tels que la vigilance et la fatigue influencent-ils le traitement de l’information dans le cerveau? Qu’en est-il des stimuli supplémentaires qui sont reçus en même temps? Le système MEG hautement sensible pourrait également aider les scientifiques à développer une compréhension plus approfondie et de meilleurs traitements pour les troubles neurologiques. L’épilepsie et la maladie de Parkinson sont des exemples de troubles liés à des perturbations de la signalisation cérébrale rapide. «Grâce à cette technologie MEG optimisée, notre boîte à outils de neurosciences a acquis un nouvel outil crucial qui nous permet de répondre à toutes ces questions de manière non invasive», déclare le Dr Waterstraat.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Original écrit par Erika Schow. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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