Le cerveau humain, cet organe de quelque 1,4 kg consommant 20% de notre énergie (au repos!), est un territoire méconnu
. Mais de moins en moins... Car une nouvelle étude basée sur plusieurs techniques d'imagerie et sur un algorithme d'intelligence artificielle vient de repousser très loin l'étendue de nos connaissances, ajoutant aux 166 régions déjà répertoriées du cortex cérébral, 194 régions nouvelles.
Basée sur des milliers de données issues du Human Connectome Project (HCP) - une initiative dédiée à l'étude du cerveau réunissant de nombreuses institutions -, l'étude marque une avancée majeure dans la connaissance et devrait servir à l'étude des pathologies cérébrales.
360 "pays" forment le cerveau humain
180 aires par hémisphère, soit 360 aires en tout. Tel est le principal résultat de l'étude publiée par des chercheurs de l'Université Washington à Saint-Louis (États-Unis). Pour les neurosciences, c'est un peu la découverte de l'Amérique car jusque-là on ne connaissait que 83 aires du cortex cérébral (par hémisphère) - cette "sur"-couche de matière grise que l'homme partage avec seulement quelques mammifères.
Dans cette nouvelle cartographie, chaque région est identifiée par son appartenance à l'un des systèmes sensoriels - l'auditif, le somatosensoriel/moteur et le visuel - et par son implications dans des tâches de cognition.
Trois techniques d'IRM...
Pour obtenir un plan aussi détaillé, les chercheurs ont analysé des milliers d'informations provenant des bases de données du Human Connectome Project concernant 449 personnes ayant subi une étude d'imagerie à résonance magnétique complète : l'appareillage d'IRM permettant d'étudier le cerveau sous trois angles différents.
D'abord, par la technique de l'IRM fonctionnelle (IRMf), on peut identifier les aires activées lors d'une tâche cognitive, ce qui permet de relier la zone à une fonction. Ensuite, l'IRM sert à tracer la carte de la myéline qui gaine les fibres des neurones, ce qui permet d'identifier la structure ou architecture des différentes aires. Enfin, l'étude IRMf d'un cerveau au repos permet d'identifier les connections entre différentes aires.
... et un système IA
Ces milliers de données ont été injectées dans une IA : un réseau de neurones artificiel à plusieurs couches. Celui-ci peut reconnaître des similitudes entre tous les cerveaux étudiés par les trois techniques d'IRM, ce malgré l'extraordinaire variabilité entre les cerveaux et la présence irréductible de bruitage des signaux.
Après une phase d'apprentissage et de tests (sur la base des 83 aires cérébrales connues par hémisphère), le système a ainsi découvert 97 nouvelles aires, avec un taux d'erreur de 96,6%, - c'est ce qui ressort de la phase de tests sur la reconnaissance automatique des 83 aires connues.
L'exploration des nouvelles aires
Bien sûr, le résultat doit maintenant être corroboré par des études spécifiques confirmant le résultat du calcul IA (purement statistique), mais déjà l'on entrevoit les conséquences de cette nouvelle cartographie.
Elle servira à mieux pister les racines cérébrales de certaines incapacités cognitives (apprentissage, parole, etc.) pour mieux les traiter, ou donner aux neurochirurgiens des informations sur le contexte cérébral d'une intervention (zones voisines, risques, etc.), ou encore à comparer notre cortex avec celui des grands singes pour comprendre comment notre cerveau a évolué...
–Román Ikonicoff
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