4 notions pour comprendre

La neuroplasticité est la capacité de notre cerveau à se réorganiser quand il y a un changement dans notre environnement. Ainsi lors d'un apprentissage, les synapses ont la qualité d'augmenter les messages électriques d'un neurone à l'autre. D'autres propriétés apparaissent dans le phénomène de plasticité. Le recyclage neuronal mis en évidence par des travaux de recherche sur l'apprentissage de la lecture montre que les réseaux de neurones qui décodent les mots auraient une autre fonction avant que nous apprenions à lire : ils servent à reconnaître les visages et les objets.
Une découverte récente montre que lorsque l'hippocampe, région qui gère les apprentissages et la mémoire subit une lésion, des circuits de remplacement se mettent en place au niveau du cortex préfrontal situé à l'avant du crâne.
La neurogénèse, autre caractéristique de la neuroplasticité est la création tout au long de la vie de nouveaux neurones à partir de cellules souches. Ces nouveaux neurones sont générés au niveau de l'hippocampe et du bulbe olfactif puis deviennent fonctionnels. On ne savait pas quel était leur rôle mais une équipe de l'Inserm a montré récemment que ces " néoneurones " améliorent la mémoire et l'apprentissage olfactif chez les souris.

Plasticité neuronale. FRC (Fédération pour la Recherche sur le Cerveau)
Dans le cerveau, ce sont les connexions qui commandent ! CNRS. Le journal. Décembre 2022

L’IRM, Imagerie par Résonance Magnétique, l'une des techniques les plus utilisées au cours des dix dernières années pour observer  la structure et le fonctionnement du cerveau, s'est progressivement imposée dans les domaines de la médecine et des neurosciences. Basée  sur le principe de la RMN (Résonance Magnétique Nucléaire), elle fait appel aux propriétés magnétiques des noyaux atomiques des molécules du cerveau. L'IRM nécessite l’utilisation d’un aimant supraconducteur puissant émettant un champ magnétique élevé et stable, traversé par un faisceau d’ondes radio. Les images obtenues à partir de la transcription du signal recueilli, sont d'abord des coupes puis des vues en trois dimensions.
Méthodes différentes mais complémentaires, imagerie anatomique et imagerie fonctionnelle présentent l'avantage d'être non traumatiques. L’IRMa ou  anatomique, née au début des années 1980, donne  le détail de l’anatomie du cerveau  notamment des structures cérébrales (substance blanche et substance grise), avec une précision millimétrique. Apparue en 1992, l’ IRMf ou fonctionnelle, d'après la mesure des variations du débit sanguin, montre en couleurs, les régions cérébrales activées lors de l'accomplissement d'une tâche (motrice, sensorielle, cognitive...). Méthode révolutionnaire, l'IRMd de diffusion, découverte en 1986, devenue plus récemment l'IRM IDT par "tenseur de diffusion", livre désormais des  informations sur l’architecture fine du tissu neuronal à l’échelle microscopique. Elle révèle le chemin des faisceaux d'axones, les connexions entre les différentes aires cérébrales et des "noeuds", véritables correspondances entre plusieurs trajets.
Pour gagner en précision, l'IRM s'est dotée au cours du temps, d' aimants de plus en plus puissants. L'IRM à haut champ du Centre Neurospin du Cea utilise des champs magnétiques allant de 3 à 7 teslas contre une moyenne de 1,5 tesla pour l'IRM classique en milieu hospitalier. Grâce à cette évolution technique, les scientifiques espèrent repousser les limites de la compréhension du fonctionnement du cerveau humain et des applications qui en découlent.

Généralités sur L'IRM. IFE- ACCES. 2019
L'essentiel sur... l'imagerie médicale. Cea - mars 2022
Record de résolution pour l’IRM. Pour la science. 2023

Modéliser numériquement un cerveau humain consiste à reproduire dans une mémoire informatique, la physiologie des neurones et la cartographie des circuits neuronaux à l’origine des fonctions cognitives (mémoire, raisonnement). Comme dans un simulateur de vol, on peut naviguer à travers les neurones, voir leurs liaisons, et la façon dont réagit le système nerveux lors de stimulations. Cette nouvelle approche permet la compréhension du fonctionnement du cerveau dans son ensemble.
Cela se concrétise au travers du projet européen « Human brain project (HBP) ». Ce projet informatique innovant s'est étendu sur une période de 10 ans (2013-2023). Il a fait appel à un ordinateur d’une puissance de calcul d’un milliard de milliards d’opérations à la seconde. De nouveaux concepts de puces électroniques ont permis de mimer le fonctionnement d’un neurone biologique. Ce projet a mis aussi en lumière des applications innovantes en médecine. Les données cliniques des maladies neurologiques ont été intégrées et ont permis de faire des simulations pour trouver de nouveaux traitements.
Un autre objectif a été d’agréger l’énorme quantité de données du monde entier (soixante mille articles écrits en neurosciences chaque année) et faire la synthèse de toutes les connaissances existant sur le cerveau.

Reproduction du cerveau humain sur ordinateur : quel est le retour sur les 600 millions d’euros investis par l’Europe. Trust my science.

Une interface cerveau-machine (ICM) est un dispositif de communication directe entre les signaux électriques émis par le cerveau et une machine. Hors de toute activité motrice, un individu communique et agit par sa pensée avec une machine : un ordinateur, un membre artificiel ou bien encore un robot.

Le fonctionnement de l’interface repose sur un système de capture, d’amplification et de traitement de l'activité encéphalique, lors d’une tâche cognitive. La technique d'enregistrement des signaux cérébraux la plus répandue est l'électroencéphalogramme (EEG). Non invasive, elle nécessite un simple casque pourvu d’électrodes.

Capturés, les signaux électriques sont ensuite analysés pour identifier un signal de contrôle, une commande nécessaire pour interagir avec la machine. Pour que le signal émis et la commande transmise s’harmonisent, une boucle de rétroaction permet des ajustements par une série d’essais et de corrections. Grâce au biofeedback, l'utilisation de l’ICM est optimisée.

Nombreuses, les applications sont d’abord apparues dans le domaine médical pour suppléer les handicaps sensoriels à l’aide d’implants, mais s’élargissent progressivement aux pathologies invalidantes (AVC notamment) qui entrainent une paralysie partielle ou totale. De nouveaux enjeux ont récemment surgi dans le secteur du jeu vidéo, où le développement d’interfaces cerveau-réalité virtuelle ouvre de nouvelles perspectives ludiques et commerciales.

Interface cerveau-machine (ICM). Agir par la pensée. Inserm
De nouveaux progrès dans le développement des interfaces cerveau-machine. FRC (Fédération pour la Recherche sur le Cerveau)