Les cartes connectopiques thalamiques (CMAP) et les cartes de projection néocorticales (NEOMAP) démontrent les changements développementaux dans la connectivité cérébrale. Le panneau (a) montre CMAP 1 et 2 et NEOMAP 1 et 2 pour les nourrissons (29 à 44 semaines), illustrant la différenciation précoce des réseaux sensorimoteurs. Le panneau (b) présente ces cartes pour les enfants et les jeunes adultes (8 à 22 ans), mettant en évidence l'établissement de connexions avec le réseau de saillance et la différenciation entre les systèmes orientés vers l'extérieur et vers l'intérieur. Les profils de réseau, triés sur la base de l'Atlas du réseau Yeo-Krienan 7, sont représentés sous forme de boîtes à moustaches indiquant l'intervalle médian et interquartile (IQR). Le panneau (c) présente un schéma de la division des axes externe-interne dérivé des NEOMAP de l'enfance et du jeune adulte, montrant le rôle crucial du réseau de saillance. Crédit: Neurosciences naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41593-024-01679-3
Notre cerveau traite de manière transparente les flux d’informations visuelles du monde qui nous entoure tout en comprenant simultanément la structure causale des événements. Ces fonctions cognitives essentielles, connues sous le nom de traitement sensoriel externe et de modélisation du monde interne, sont essentielles à la navigation dans des environnements complexes.
Notre cerveau y parvient grâce à des systèmes fonctionnels à grande échelle responsables de ces processus. Récemment, une collaboration internationale de scientifiques dirigée par l'Institut des sciences fondamentales (IBS) a exploré le rôle de la connectivité thalamocorticale lors du développement des réseaux cérébraux. L'étude est publiée dans Neurosciences naturelles.
Une question de longue date en neurosciences est de savoir comment se forment les réseaux fonctionnels à grande échelle du cerveau au cours du développement. Cette étude a étudié les changements dans la connectivité entre le thalamus et le cortex cérébral de la petite enfance à l'âge adulte et comment ces changements influencent la formation des réseaux fonctionnels du cerveau. Pour la première fois, des chercheurs ont révélé que la connectivité thalamocorticale est cruciale pour l'émergence et la spécialisation des réseaux fonctionnels du cerveau, en particulier ceux traitant les informations externes et internes.
Traditionnellement considéré comme un relais d’informations sensorielles, le thalamus influence également les fonctions cognitives supérieures. Les connexions sensorielles entre le thalamus et le cortex s’établissent rapidement dès le plus jeune âge, tandis que les connexions cognitives d’ordre supérieur se développent plus tard, à maturité. Cependant, les mécanismes exacts et le calendrier de ces évolutions restent flous.
Cette étude a commencé à relever ces défis en employant des techniques avancées de neuroimagerie, des analyses transcriptomiques et des modèles informatiques sur des ensembles de données transversales et longitudinales, pour cartographier le développement de la connectivité thalamocorticale dans différents groupes d'âge.
Cette étude a révélé que pendant la petite enfance, la connectivité thalamocorticale reflète la différenciation précoce des réseaux sensorimoteurs et les modèles d'expression génique liés au développement cérébral. Cependant, à mesure que les enfants grandissent, cette connectivité change de rôle pour établir des connexions avec le réseau de saillance, qui sert de point d'ancrage pour différencier les systèmes corticaux fonctionnels externes (réseaux d'attention sensorimotrice, visuelle et dorsale) et internes (réseau en mode par défaut).
Des simulations informatiques ont confirmé le rôle de la connectivité thalamique dans le développement de caractéristiques clés du cerveau mature, telles que la ségrégation fonctionnelle et l'axe d'association sensorielle.
Perturbation des modèles de croissance informés sur le développement. (a) Un schéma illustre le modèle de croissance basé sur les règles de connectivité thalamo-salience qui changent au cours de la période de développement. Quatre modèles de perturbation ont été testés : perturbation appliquée au groupe d'âge de 8 à 12 ans, au groupe d'âge de 12 à 16 ans, au groupe d'âge de 16 à 22 ans et à tous les groupes d'âge, par rapport à un modèle sans perturbation. (b) Les indices de ségrégation (saillance externe et saillance interne) ont été calculés pour chaque modèle de croissance, avec des pourcentages indiquant la différence par rapport au modèle sans perturbation. (c) Les gradients corticaux extraits de la matrice d'affinité simulée de chaque modèle de croissance démontrent l'impact de ces perturbations sur le développement de la connectivité cérébrale. Crédit: Neurosciences naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41593-024-01679-3
“Notre étude fournit pour la première fois une carte détaillée de la manière dont la connectivité thalamocorticale contribue à l'organisation fonctionnelle à grande échelle du cerveau humain, depuis la petite enfance jusqu'à l'âge adulte”, a déclaré l'auteur principal Park Shinwon.
“En intégrant des techniques avancées de neuroimagerie, l'analyse de l'expression génique et la modélisation informatique, nous avons pu suivre et analyser systématiquement les changements dans la connectivité cérébrale à différents stades de développement. Cette approche globale nous a permis de découvrir le rôle central du thalamus dans l'émergence et spécialisation des réseaux cérébraux fonctionnels.
Contrairement aux études antérieures axées sur les propriétés régionales des noyaux thalamiques individuels, cette recherche fournit une vision complète de l'intégration globale du thalamus dans les réseaux corticaux. Ces résultats offrent des implications potentielles pour la compréhension et l’étude des conditions cliniques qui montrent un traitement interne et externe compromis, telles que l’autisme, la schizophrénie et d’autres conditions neurodéveloppementales.
L'auteur correspondant, Hong Seok Jun, chercheur principal au Centre IBS de recherche en imagerie neurologique, a déclaré : « Comprendre comment la connectivité thalamocorticale évolue et influence la fonction cérébrale constitue une base cruciale pour identifier les mécanismes sous-jacents aux conditions neurodéveloppementales.
“Cette recherche ouvre de nouvelles possibilités de diagnostic précoce et d'interventions ciblées, qui pourraient améliorer considérablement les résultats pour les personnes atteintes de troubles neurodéveloppementaux.”
À l’avenir, les chercheurs prévoient d’étudier comment la connectivité thalamocorticale change chez les enfants autistes et comment ces changements sont en corrélation avec les symptômes cliniques et les fonctions cognitives. Ils prévoient également d’élargir leurs recherches pour inclure d’autres structures sous-corticales telles que le striatum et le cervelet.
Cette approche plus large des neurosciences systémiques nous aidera à mieux comprendre la manière dont les différentes régions du cerveau interagissent et se développent.
Plus d'information:
Shinwon Park et al, Un rôle changeant de la connectivité thalamocorticale dans l'émergence de l'organisation fonctionnelle corticale, Neurosciences naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41593-024-01679-3
Fourni par l'Institut des sciences fondamentales
Citation: La connectivité thalamocorticale est cruciale pour les réseaux cérébraux fonctionnels, selon une étude (19 juin 2024) récupérée le 19 juin 2024 sur
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