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Jun 23, 2023

Premières cartes complètes du cerveau des nourrissons

Les chercheurs ont construit les premières cartes fonctionnelles complètes et à grain fin du développement du cerveau du nourrisson à partir de milliers d'examens IRM, fournissant ainsi un nouvel outil pour étudier la neuroanatomie et

Les chercheurs ont construit les premières cartes fonctionnelles complètes et à grain fin du développement du cerveau du nourrisson à partir de milliers d’IRM, fournissant ainsi un nouvel outil pour étudier la neuroanatomie et les troubles neurodéveloppementaux.

eLife

Les scientifiques ont construit un ensemble complet de cartes fonctionnelles des réseaux cérébraux du nourrisson, fournissant des détails sans précédent sur le développement du cerveau de la naissance à deux ans.

Les cartes de parcellation du cortex cérébral du nourrisson, publiées aujourd'hui dans eLife, ont déjà fourni de nouvelles informations sur le moment où différentes fonctions cérébrales se développent pendant la petite enfance et fournissent des références précieuses et accessibles au public pour les premières études sur le développement cérébral.

La parcellation corticale est un moyen d'étudier la fonction cérébrale en divisant la matière grise corticale située à différents endroits en « parcelles ». Des analyses d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) sont prises lorsque le cerveau est dans un état de « repos » inactif, parallèlement à des mesures de la connectivité cérébrale, pour étudier la fonction cérébrale dans chaque parcelle.

Des études antérieures ont créé des cartes de morcellement basées sur la connectivité IRMf à l’état de repos dans le cerveau adulte. Cependant, ces cartes ne conviennent pas à l’étude du cerveau des nourrissons en raison de différences significatives dans l’organisation fonctionnelle cérébrale des nourrissons et des adultes.

"Créer des cartes de parcelles cérébrales spécifiques aux nourrissons a été un défi, en raison des difficultés liées à l'acquisition d'images cérébrales de nourrissons à haute résolution et au traitement de ces images, qui présentent généralement un contraste faible et changeant rapidement entre les différents tissus cérébraux au cours de cette période de développement", explique le premier. auteur Fan Wang, aujourd'hui professeur agrégé à l'Université Xi'an Jiaotong, Chine. "Nous avons développé une nouvelle méthode qui capture les schémas fonctionnels à granularité fine de chaque nourrisson, afin de générer un ensemble complet de cartes de parcelles spécifiques à l'âge et indépendantes de l'âge, qui faciliteront la recherche en neuroimagerie pédiatrique."

Wang et ses collègues ont utilisé 1 064 IRM fonctionnelles à haute résolution et 394 IRM structurelles de nourrissons de la naissance à deux ans, recueillies dans le cadre du consortium UNC/UMN Baby Connectome Project.

Pour capturer des modèles détaillés de transitions nettes entre les zones du cerveau, l'équipe a combiné une méthode conventionnelle de cartographie des plis corticaux (régions du cerveau) chez tous les individus, avec un nouvel algorithme qui superpose les gradients de connectivité fonctionnelle pour chaque région sur le cerveau. scans de chaque nourrisson. Cela leur a permis d'établir des connexions plus précises et plus significatives entre les domaines fonctionnels correspondants d'un individu à l'autre, aboutissant ainsi à une caractérisation détaillée des limites fonctionnelles du cerveau. Cela a ensuite été utilisé pour générer des cartes de parcelles fonctionnelles à grain fin spécifiques aux nourrissons âgés de trois mois à deux ans, ainsi que des cartes indépendantes de l'âge.

La parcellation du nourrisson, indépendante de l'âge, était très similaire à certaines zones cérébrales précédemment définies dans les cartes de parcelles adultes, avec des bordures de parcelles conformes à celles observées dans le cerveau adulte. Mais les cartes des nourrissons ont révélé de nouvelles informations sur le développement des fonctions cérébrales.

Premièrement, les résultats suggèrent qu’une forme primitive de réseaux fonctionnels cérébraux est présente à l’âge de trois mois, lorsque le système sensoriel est plus développé que les systèmes d’ordre supérieur tels que la cognition et le comportement. L’équipe a également identifié une tendance jusqu’alors non signalée de fluctuations complexes de l’activité fonctionnelle et de l’organisation des réseaux à différents âges à mesure que la fonction cérébrale se développe, qui sont très différentes des modèles observés dans le développement précoce de la structure cérébrale. Ces fluctuations pourraient refléter différentes étapes du comportement et des capacités cognitives qui apparaissent à différents âges de la petite enfance. Enfin, il y a eu une augmentation de l'efficacité locale – la connexion des parcelles aux parcelles voisines – avec l'âge, reflétant une maturité fonctionnelle croissante.

"Notre méthode a non seulement capturé d'importants schémas grossiers découverts par les méthodes précédentes, mais a également révélé des limites fonctionnelles beaucoup plus détaillées avec une résolution sans précédent", explique l'auteur principal Gang Li, professeur agrégé de radiologie à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, aux États-Unis. "Les résultats suggèrent que même si la connectivité fonctionnelle des nourrissons n'est peut-être pas aussi forte que chez les adultes, les unités d'organisation de base sont susceptibles d'être présentes dans le cerveau des nourrissons, et donc les unités fonctionnelles de parcelles chez les nourrissons pourraient être comparables en échelle à celles des adultes. Ces cartes de parcelles corticales infantiles constituent une plate-forme puissante pour analyser des groupes de plus en plus grands de nourrissons et des données de neuroimagerie pédiatrique à plus haute résolution, offrant ainsi une plus grande précision pour les études futures sur le développement neurologique.