La forme du cerveau, et non les interactions entre différentes régions, est cruciale dans la façon dont nous pensons, ressentons et nous comportons —

Maintenant, une étude menée par des chercheurs du Turner Institute for Brain and Mental Health de l’Université Monash a examiné plus de 10 000 cartes différentes de l’activité cérébrale humaine et a constaté que la forme générale du cerveau d’une personne exerce une influence beaucoup plus grande sur la façon dont nous pensons, ressentons et se comporter que sa connectivité neuronale complexe.

L’étude, publiée aujourd’hui dans la revue, Nature rassemble des approches de la physique, des neurosciences et de la psychologie pour renverser le paradigme centenaire mettant l’accent sur l’importance de la connectivité cérébrale complexe, identifiant à la place une relation auparavant méconnue entre la forme et l’activité du cerveau.

L’auteur principal et chercheur, le Dr James Pang, du Turner Institute et de la School of Psychological Sciences de l’Université Monash, a déclaré que les résultats étaient importants car ils simplifiaient considérablement la façon dont nous pouvons étudier le fonctionnement, le développement et le vieillissement du cerveau.

“Le travail ouvre des opportunités pour comprendre les effets de maladies comme la démence et les accidents vasculaires cérébraux en considérant des modèles de forme du cerveau, qui sont beaucoup plus faciles à traiter que les modèles de la gamme complète de connexions du cerveau”, a déclaré le Dr Pang.

“Nous avons longtemps pensé que des pensées ou des sensations spécifiques suscitaient une activité dans des parties spécifiques du cerveau, mais cette étude révèle que des modèles structurés d’activité sont excités dans presque tout le cerveau, tout comme la manière dont une note de musique résulte de vibrations se produisant le long toute la longueur d’une corde de violon, et pas seulement un segment isolé », a-t-il déclaré.

L’équipe de recherche a utilisé l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour étudier les modes propres, qui sont les modèles naturels de vibration ou d’excitation dans un système, où différentes parties du système sont toutes excitées à la même fréquence. Les modes propres sont normalement utilisés pour étudier les systèmes physiques dans des domaines tels que la physique et l’ingénierie et n’ont été adaptés que récemment pour étudier le cerveau.

Ce travail s’est concentré sur le développement de la meilleure façon de construire efficacement les modes propres du cerveau.

“Tout comme les fréquences de résonance d’une corde de violon sont déterminées par sa longueur, sa densité et sa tension, les modes propres du cerveau sont déterminés par ses propriétés structurelles – physiques, géométriques et anatomiques – mais quelles propriétés spécifiques sont les plus importantes sont restées un mystère”, a déclaré le co-auteur principal, le Dr Kevin Aquino, de BrainKey et de l’Université de Sydney.

L’équipe, dirigée par le Turner Institute and School of Psychological Sciences ARC Laureate Fellow, le professeur Alex Fornito, a comparé la façon dont les modes propres obtenus à partir de modèles de la forme du cerveau pouvaient expliquer différents modèles d’activité par rapport aux modes propres obtenus à partir de modèles de cerveau connectivité.

“Nous avons constaté que les modes propres définis par la géométrie du cerveau – ses contours et sa courbure – représentaient la contrainte anatomique la plus forte sur la fonction cérébrale, tout comme la forme d’un tambour influence les sons qu’il peut émettre”, a déclaré le professeur Fornito.

“En utilisant des modèles mathématiques, nous avons confirmé les prédictions théoriques selon lesquelles le lien étroit entre la géométrie et la fonction est entraîné par une activité ondulatoire se propageant dans tout le cerveau, tout comme la forme d’un étang influence les ondulations des vagues formées par la chute d’un caillou”, a-t-il ajouté. a dit.

“Ces découvertes soulèvent la possibilité de prédire la fonction du cerveau directement à partir de sa forme, ouvrant de nouvelles voies pour explorer comment le cerveau contribue aux différences individuelles de comportement et de risque de maladies psychiatriques et neurologiques.”

L’équipe de recherche a découvert que, sur plus de 10 000 cartes d’activité IRM, obtenues lorsque des personnes effectuaient différentes tâches développées par des neuroscientifiques pour sonder le cerveau humain, l’activité était dominée par des modes propres avec des modèles spatiaux qui ont de très longues longueurs d’onde, s’étendant sur des distances dépassant 40 mm.

“Ce résultat va à l’encontre de la sagesse conventionnelle, selon laquelle l’activité au cours de différentes tâches est souvent supposée se produire dans des zones focales et isolées d’activité élevée, et nous indique que les approches traditionnelles de la cartographie cérébrale ne peuvent montrer que la pointe de l’iceberg lorsqu’il s’agit de comprendre comment le cerveau fonctionne », a déclaré le Dr Pang.