L'imagerie cérébrale portable fournit une image précise du développement du cerveau des enfants

De nouvelles recherches ont donné une image précise du développement du cerveau des jeunes enfants, en utilisant un scanner cérébral portable pour cartographier l'activité électrique du cerveau. Ces travaux ouvrent de nouvelles possibilités pour suivre la manière dont les étapes critiques du développement, comme la marche et la parole, sont soutenues par l’évolution des fonctions cérébrales, et comment émergent des troubles neurodéveloppementaux comme l’autisme.

L'équipe de recherche, dirigée par des scientifiques de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Nottingham, a utilisé une nouvelle conception de scanner magnétoencéphalographique (MEG) pour mesurer l'électrophysiologie cérébrale chez des enfants dès l'âge de deux ans. Les résultats ont été publiés dans eLife.

Les cellules cérébrales fonctionnent et communiquent en produisant des courants électriques. Ces courants génèrent de minuscules champs magnétiques pouvant être détectés à l’extérieur de la tête. Les chercheurs ont utilisé leur nouveau système pour mesurer ces champs et la modélisation mathématique pour transformer ces champs en images haute fidélité montrant, milliseconde par milliseconde, quelles parties du cerveau sont sollicitées lorsque nous entreprenons des tâches.

Le scanner cérébral portable est basé sur la technologie quantique et utilise des capteurs de la taille d'une brique LEGO, appelés magnétomètres à pompage optique (OPM), qui sont intégrés dans un casque léger pour mesurer les champs générés par l'activité cérébrale. La conception unique signifie que le système peut être adapté à n’importe quel groupe d’âge, des tout-petits aux adultes. Les capteurs peuvent être placés beaucoup plus près de la tête, améliorant ainsi la qualité des données. Le système permet également aux personnes de bouger tout en le portant, ce qui le rend idéal pour scanner les enfants qui ont du mal à rester immobiles avec les scanners conventionnels.

Au total, 27 enfants (âgés de 2 à 13 ans) et 26 adultes (âgés de 21 à 34 ans) ont participé à l'étude, qui a examiné une composante fondamentale du fonctionnement cérébral appelée oscillations neuronales (ondes cérébrales). Différentes zones du cerveau sont responsables de différents aspects du comportement et les oscillations neuronales favorisent la communication entre ces régions. L’équipe de recherche a mesuré comment cette connectivité change à mesure que nous grandissons et comment notre cerveau utilise des impulsions courtes et ponctuées d’activité électrophysiologique pour inhiber les réseaux de régions cérébrales et, par conséquent, pour contrôler la manière dont nous répondons aux stimuli sensoriels entrants.

Les travaux ont été dirigés conjointement par le Dr Lukas Rier et le Dr Natalie Rhodes de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Nottingham. Le Dr Rier a déclaré : « Le système portable a ouvert de nouvelles opportunités pour étudier et comprendre le cerveau des enfants à des âges beaucoup plus jeunes que ce qui était auparavant possible avec le MEG. Il y a des raisons importantes pour s'adresser à des participants plus jeunes : d'un point de vue neuroscientifique, de nombreuses étapes critiques dans Le développement se produit au cours des premières années (voire des mois) de la vie. Si nous pouvons utiliser notre technologie pour mesurer les activités cérébrales qui sous-tendent ces étapes du développement, cela offrirait une nouvelle compréhension de la fonction cérébrale.

Le Dr Rhodes était étudiant de premier cycle en physique à l'Université de Nottingham et étudiant de troisième cycle au moment où les travaux ont été réalisés. Elle a maintenant occupé un poste postdoctoral à Toronto et explique : « Cette étude est la première du genre à utiliser la technologie portable MEG et fournit une plateforme pour lancer de nouvelles recherches cliniques sur les troubles de l'enfance. Cela signifie que nous pouvons commencer à explorer non seulement développement sain du cerveau, mais aussi des substrats neuronaux qui sont à la base du développement atypique chez les enfants.

La neuroscientifique Dre Margot Taylor, également auteure de l'article, dirige la recherche sur l'autisme à Toronto. Elle a déclaré : « Notre travail est consacré à l'étude de la fonction cérébrale chez les jeunes enfants avec et sans autisme. Cette étude est la première à démontrer que nous pouvons suivre le développement du cerveau dès le plus jeune âge. un travail comme celui-ci nous aide à comprendre comment l'autisme se développe.

Le système portable a été installé dans un certain nombre d’institutions de recherche de premier plan à travers le monde, notamment l’hôpital SickKids de Toronto. Les équipes de recherche des deux institutions travaillent désormais ensemble pour accroître la quantité de données sur le développement neurologique sur les fonctions cérébrales saines et atypiques.