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Une carte cérébrale basée sur l’IA pourrait aider à démystifier la maladie d’Alzheimer et l’autisme | Neurosciences

Neurosciences

Des scientifiques de Floride utilisent l’IA et la réalité virtuelle pour créer des rendus 3D de formations cérébrales de souris, dont les types de neurones ressemblent à ceux des humains.

jeu. 30 mai 2024 07h00 HAE

Des neuroscientifiques dans un Floride L’université a mis au point une méthode technologiquement avancée de cartographie cérébrale qui, selon eux, peut aider à démystifier la maladie d’Alzheimer, l’autisme et les troubles associés, et offrir l’espoir de traitements plus efficaces pour les traumatismes crâniens.

Une équipe de l’Université de Floride du Sud (USF) laboratoire de développement auditif et de connectique utilise la réalité virtuelle (RV) et l’intelligence artificielle pour créer une chronologie visuelle haute définition du parcours de milliards de neurones dans le cerveau en développement de souris nouveau-nées.

Une technologie d’imagerie complexe fournit des 3D des rendus de la chronologie de la formation précoce du cerveau, qui sont exécutés à travers des modèles d’IA en grand langage existants et analysés pour détecter les changements. Les rongeurs ont des types de neurones et des connexions similaires à ceux des humains.

La science se concentre sur calice de Held, la plus grande terminaison nerveuse du cerveau de tous les mammifères, qui traite le son. La dysfonction auditive est largement reconnue comme la source de symptômes de troubles, notamment l’autisme, qui entraînent généralement des déficiences sociales et cognitives.

« Ces informations peuvent nous aider à comprendre les troubles graves du développement qui surviennent lorsque le cerveau ne se développe pas correctement dès le début », a déclaré le Dr George Spirou, professeur d’ingénierie médicale à l’USF, qui a comparé l’imagerie à une feuille de route.

Une carte 3D de l’extrémité du nerf calice du cerveau d’une souris. Photographie : Université de Floride du Sud

« C’est comme si vous aviez un itinéraire, disons, de New York à Chicago, et que quelqu’un faisait un détour par Cleveland. Vous pouvez comprendre pourquoi il y avait une bretelle de sortie qui n’aurait pas dû être là, et revenir en arrière et la réparer.

« Peut-être trouverons-nous les clés de certains troubles du développement. Et dans une situation de blessure physique traumatique ou de dégénérescence neuronale, existe-t-il un moyen de récapituler le développement ?

« Si nous pouvions faire croire à une partie du cerveau qu’elle se développe et qu’elle a besoin de développer davantage de synapses, cela pourrait être thérapeutique. Sans réussir totalement dans ce domaine, c’est une supposition, mais cela semble certainement raisonnable.

Logiciel de réalité virtuelle créé par Spirou, qui possède plus de quatre décennies d’expérience dans la recherche sur le cerveau, est utilisé pour examiner les neurones capturés dans les images et analyser les synapses où ils se connectent et communiquent. Le développement des systèmes neuronaux chez les mammifères a fait l’objet d’études généralisées, mais jamais à ce niveau combiné de résolution temporelle et spatiale, a-t-il déclaré.

« Entre le quatrième et le cinquième mois de gestation, le nombre de neurones dans le système nerveux explose de façon presque exponentielle et les synapses se forment à un rythme d’environ un million par seconde, un nombre incroyable si l’on considère qu’il y a près de 100 000 milliards de synapses dans un cerveau humain adulte. , » il a dit.

« La plateforme VR importe d’énormes quantités de données, et est capable de les regarder et de les comprendre en 3D. Il n’y a tout simplement aucun moyen de le faire sur un écran 2D.

Spirou a déclaré qu’en plus de posséder des similitudes structurelles avec le cerveau humain, les souris nouveau-nées sont utilisées pour la recherche car elles offrent une sorte de microcosme de la gestation humaine.

« À l’âge de deux jours, la terminaison nerveuse commence à se développer, à quatre jours, elle grandit et à six jours, elle est presque entièrement développée », a-t-il déclaré.

« Ce que fait le cerveau est comme un jeu de chaises musicales. Les neurones sur-innervent, puis l’élagage a lieu, comme si on enlevait une chaise et que quelqu’un était hors jeu. À l’âge de six jours, la majeure partie de cette taille a lieu, et à l’âge de neuf jours, tout est défini comme ce sera le cas chez un adulte.

« Les souris naissent très immatures, de sorte que la première semaine environ chez une souris équivaut au temps in utero chez un humain. »

Le projet de l’USF, mené en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Californie à San Diego, de l’Université de la santé et des sciences de l’Oregon et de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, a été en partie financé par une subvention de 3,3 millions de dollars des National Institutes of Health (NIH). ).

En 2013, le président de l’époque, Barack Obama a annoncé un projet ambitieux de cartographie du cerveau humain appelée Brain Initiative (recherche sur le cerveau grâce à l’avancement des neurotechnologies innovantes), promettant un premier montant de 100 millions de dollars en fonds fédéraux à distribuer par l’intermédiaire du NIH et de la National Science Foundation.

Plus d’une décennie d’avancées dans la recherche neurologique a suivi, ce qui s’est reflété en dehors du cadre fédéral de facto. Les expérimentations financées par des fonds privés ont pris de l’importance ces dernières années et ces derniers mois, comme Neuralink d’Elon Musk, dans lequel un patient paralysé a pu contrôler un ordinateur grâce à une puce implantée dans son cerveau, avant que les revers n’apparaissent.

« D’autres sociétés font la même chose, et même mieux, et étudient le tissu cérébral humain prélevé lors d’interventions neurochirurgicales, c’est une nouvelle génération [of research]mais sur des adultes », a déclaré Spirou.

« Le délai que nous envisageons, qui serait en réalité de quatre cinquièmes peut-être dans les six mois de gestation, nous n’en sommes pas encore là. Cela pose toute une série de problèmes et vous ne voudriez pas prendre une situation saine et réaliser une expérience qui pourrait modifier la trajectoire de développement.

« Ce que nous faisons avec ces modèles de souris sera donc la meilleure approche pendant un certain temps encore. Ce qui se passe en science, c’est que ce que l’on ne sait pas devient de plus en plus clair, et c’est un domaine en pleine expansion.


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