Comment se forment les replis du cerveau ?

Les replis distinctifs du cerveau, ou circonvolutions cérébrales, ne sont pas une erreur de la nature, ils ont probablement évolué pour faire tenir un grand cortex dans un petit crâne. Ce que nous ne savions pas, jusqu’à maintenant, c’est comment ils se forment.

Comme un morceau de papier froissé pour tenir dans un petit trou rond, le pliage permet de contenir davantage de neurones rapprochés, avec des connexions plus courtes et donc plus rapides. Les cerveaux de foetus humains sont lisses pendant les 20 premières semaines, alors le pliage commence et se poursuit jusqu’à ce que l’enfant soit âgé d’environ 18 mois.

Il restait, entre autre, à savoir si la formation de ces circonvolutions est d’origine génétique ou si elle est influencée par des forces physiques.

Une équipe de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (université de Harvard) a trouvé qu’une instabilité mécanique associée à une déformation/ comblement est la cause probable des replis du cerveau.

Dans une étude publiée cette semaine, l’équipe a créé un modèle 3D en gel d’un cerveau fœtal lisse, basé sur des images IRM. Il a été ensuite recouvert d’une couche de gel élastomère pour reproduire le cortex et immergé dans un solvant le faisant gonfler en fonction des régions plus profondes. En quelques minutes (GIF d’entête), la compression a conduit à la formation de plis semblables en taille et en forme aux vrais cerveaux (image ci-dessous).

[size=13][size=13]Le modèle en 3D à la fin de l’expérience (Mahadevan Lab/Harvard SEAS)

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Selon L. Mahadevan, principal auteur de l’étude :

اقتباس :: Nous avons constaté que nous pouvions imiter le pliage cortical en utilisant un principe physique très simple et obtenir des résultats similaires à ce que nous voyons dans le cerveau de fœtus réels. Cette innovation évolutive simple permet à un grand cortex d’être emballé dans un petit volume, et c’est probablement la cause dominante derrière les replis du cerveau.

Les chercheurs avancent que les similitudes, entre le modèle et un véritable cerveau, résident dans la forme : la géométrie du cerveau "sert à orienter les plis dans certaines directions".

De précédentes recherches dans ce domaine ont révélé que la différence de croissance entre le cortex et les tissus mous dessous pourrait expliquer les variations dans les modes de pliage à travers les organismes.

Comprendre ce mécanisme pourrait apporter une meilleure compréhension des troubles du cerveau liés, comme le souligne les chercheurs :

اقتباس :: Le cerveau n’est pas exactement le même d’un humain à l’autre, mais nous devrions tous avoir les mêmes grands plis afin d’être en bonne santé. Notre recherche montre que si une partie du cerveau ne se développe pas correctement, ou si la géométrie globale est perturbée, nous n’avons peut-être pas les grands plis au bon endroit, ce qui peut provoquer un dysfonctionnement dans le cerveau.

L’étude publiée dans Nature Physics : On the growth and form of cortical convolutions et présentée sur le site de Harvard : How, not why, the human brain folds.

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