Des progrès dans l'identification de l'empreinte cérébrale !

     Des progrès dans l'identification de l'empreinte cérébrale !

        Tout comme les empreintes digitales, chacun a une empreinte cérébrale unique ! Ceci peut être identifié par résonance magnétique (IRM). Mais combien de temps faut-il pour reconnaître les empreintes cérébrales ?

 Les empreintes digitales ont été découvertes au 17ème siècle. C'est un moyen unique d'identifier les individus, tant d'applications sont encore largement utilisées aujourd'hui ! Depuis, d'autres méthodes de reconnaissance ont été développées, comme la reconnaissance vocale ou le balayage de la rétine.

Notre cerveau produit également des marques uniques. Ces dernières années, les gens en ont pris de plus en plus conscience. En 2015, les auteurs ont montré qu'il est possible de combiner deux IRM d'un même patient à quelques jours ou semaines d'intervalle. Dans 95% des cas, une personne peut être identifiée par son empreinte cérébrale. Une nouvelle étude sur le sujet est parue en octobre 2021 dans Sciences Advances. Celle-ci s'intéresse tout particulièrement à l'évolution de nos empreintes cérébrales tout au long de l'examen d'IRM et aux zones cérébrales impliquées dans les différentes fonctions du cerveau.

Le connectome, une carte des réseaux neuronaux :

     En effectuant des examens IRM sur des personnes dans un délai spécifié, l'auteur a pu construire un diagramme de réseau neuronal pour chaque personne, appelé "groupe de connexion cérébrale fonctionnelle". Ce n'est pas une image du cerveau, mais un ensemble de scores de corrélation. Le score de corrélation est un outil statistique utilisé pour mesurer la force et la direction de la relation entre deux variables.

Le groupe de connexion est une matrice colorée qui résume l'activité cérébrale des sujets. En les analysant, il est possible de prédire l'activité du patient lors de l'IRM : au repos ou en exécution de tâches. Les groupes de connectivité nous permettent de mieux comprendre quelles zones du cerveau sont impliquées dans des activités spécifiques.

Par exemple, la partie sensorielle du cerveau transmet des informations très rapidement : mouvement des yeux, perception visuelle, attention visuelle... À l'opposé, les régions du cortex frontal, associées aux fonctions cognitives complexes, transmettent des informations plus tardivement.

Identifier l’empreinte cérébrale en 1 min 40 !

 D'autres équipes ont réussi à établir l'empreinte cérébrale du cerveau, mais cela prendra quelques minutes. L'auteur se pose les questions suivantes : Combien de temps l'empreinte cérébrale apparaît-elle après ? En testant différentes durées d'examen, le résultat prouve que la reconnaissance peut être complétée en 1 minute et 40 ! En fait, ce temps est suffisant pour déterminer l'identité d'une personne.

Des applications dans les maladies neurologiques : 

Reconnaître les marques cérébrales permet de détecter précocement les maladies neurologiques. Il peut également être appliqué après l'autisme, la toxicomanie et même un accident vasculaire cérébral. L'auteur a comparé les empreintes cérébrales de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et de patients sains. Plus la maladie est avancée, plus les éléments uniques qui composent les empreintes du cerveau disparaissent. Il est devenu presque impossible d'identifier les patients en fonction de leurs groupes connectés. En fait, le patient atteint de la maladie d'Alzheimer perd petit à petit son identité cérébrale. Ces travaux permettent de comprendre encore un peu plus pourquoi le cerveau de chacun d'entre nous est unique !

Chaque humain aurait son « empreinte neurale»

Tout comme les empreintes digitales ou les empreintes génétiques, l'activité cérébrale pendant le sommeil peut être unique à chacun de nous. L'« empreinte neuronale » est liée aux gènes et peut aider à prédire le risque de maladie mentale.

Chaque cerveau a-t-il son propre schéma d'activité cérébrale ? En d'autres termes, chacun de nous a-t-il une « empreinte neuronale », au même titre que la génétique ou les empreintes digitales ? C'est du moins les conclusions de plusieurs études, dont une récente étude sur des adolescents menée par des scientifiques de l'Université Brown à Providence. *Les scientifiques ont recruté 19 adolescents âgés de 9 à 10 ans et 26 volontaires âgés de 15 à 16 ans pour séjourner dans le laboratoire pendant deux nuits consécutives. Grâce aux électrodes placées sur le crâne, les ondes cérébrales émises la nuit peuvent être détectées et enregistrées. De nouveaux enregistrements ont été effectués environ deux ans plus tard pour chaque individu, afin de comparer les premiers enregistrements aux seconds.

L’électroencéphalogramme, reflet de l’activité du cerveau :

   L'EEG est basé sur l'enregistrement des signaux électriques faibles générés par le neurone après amplification. Une étude du cerveau où la trajectoire oscille en amplitude (en volts) et en fréquence (en hertz) en fonction du temps, de l'activité cérébrale, et de l'emplacement du crâne où sont placées les électrodes (et donc la zone de la région) . Dans le même temps, plusieurs électrodes enregistrent l'activité cérébrale, ce qui permet d'obtenir plusieurs trajectoires.

Au début de la nuit, le cerveau modifie son activité pour permettre le sommeil, et le sommeil lui-même est divisé en plusieurs étapes identifiables. Les ondes plus lentes (ondes alpha) disparaissent généralement, laissant place aux ondes bêta (plus rapides) et à d'autres ondes complexes.  Au cours du sommeil plus profond, des ondes de faible fréquence apparaissent (les ondes delta), excepté au cours du sommeil paradoxal (durant lequel on rêve et où les yeux font des mouvements rapides) où des pics d'ondes bêta réapparaissent.

Des activités cérébrales différentes :

      Si ces tracés sont donc similaires d'un individu à un autre (comme les gènes et les chromosomes), les scientifiques voulaient néanmoins savoir si de subtiles différences pouvaient exister (à l'image du polymorphisme génétique) et pouvaient être mises en évidence par une observation plus fine des motifs.

Les données des électroencéphalogrammes des adolescents étant disponibles, Leila Tarokh et Peter Achermann, des chercheurs de l'université de Zurich, ont pris le relais de l'étude. À l'aide d'un algorithme complexe, les tracés (les fréquences, les intensités, les motifs...) ont été comparés automatiquement par un ordinateur, qui a alors regroupé entre eux les tracés qui lui semblaient les plus similaires, sans savoir au départ de qui ils provenaient.

L’activité cérébrale, marqueur génétique ?

      Pour la plupart, les quatre électroencéphalogrammes provenant d'un même individu ont été reconnus et regroupés, malgré les années séparant les deux groupes d'enregistrements. Si l'adolescence a tendance à perturber fortement l'activité cérébrale, ces résultats montrent qu'un certain profil unique et identifiable reste malgré tout inchangé au fil du temps. Une précédente étude, basée sur des comparaisons des profils entre vrais et faux jumeaux (où les vrais jumeaux avaient des tracés plus similaires que les faux), avait d'ailleurs mis en évidence l'importance de la génétique dans les profils de l'activité cérébrale.

Les chercheurs, qui vont publier leurs travaux dans le prochain numéro de la revue Journal of Neuroscience, pensent avoir ouvert une porte permettant de découvrir des endophénotypes (des biomarqueurs psychiatriques d'origine génétique) qui pourraient prédire un potentiel développement de maladies psychiatriques comme la schizophrénie ou la dépression.