Même des mouvements simples créent des ondulations dans le cerveau

résumé: Une nouvelle étude rapporte qu’un simple mouvement comme appuyer sur un bouton peut envoyer des ondes d’activité à travers les neurones couvrant tout le cerveau.

Source: Université de l’Oregon

Une nouvelle recherche de l’Université de l’Oregon montre que même un simple mouvement comme appuyer sur un bouton envoie des ondes d’activité à travers des réseaux de neurones qui s’étendent à travers le cerveau.

La découverte met en évidence la complexité du cerveau humain, remettant en question l’image simpliste du manuel de régions cérébrales distinctes affectées à des fonctions spécifiques.

« Il est vraiment bien connu que le cortex moteur primaire contrôle la production de mouvement », a déclaré Alex Rockhill, étudiant diplômé du laboratoire de physiologie humaine de Nikki Swan. « Mais il y a bien plus dans le mouvement que cette région du cerveau. »

Rockhill est le premier auteur d’un nouvel article du laboratoire, publié en décembre dans Journal d’ingénierie neuronale.

Swan et son équipe étudient les réseaux cérébraux humains grâce à une collaboration avec des médecins et des chercheurs de l’Oregon Health & Science University. L’équipe de l’OHSU utilise une technique appelée EEG intracrânien pour déterminer où les crises peuvent commencer chez les patients atteints d’épilepsie résistante au traitement. Ils implantent chirurgicalement un réseau d’électrodes dans le cerveau des patients pour identifier précisément quand et où une crise se produit, supprimant potentiellement la zone cérébrale affectée.

Un EEG intracrânien peut également donner un aperçu d’autres activités cérébrales. C’est la technologie « l’étalon-or », a déclaré Swan. Mais les chercheurs y ont rarement accès, car l’implantation d’électrodes est un processus intensif. Les participants à l’étude de Swann ont accepté de laisser son équipe étudier leur cerveau alors qu’ils étaient déjà connectés à des électrodes pour étudier les crises.

Swan et ses collègues ont donné aux participants à l’étude une tâche de mouvement simple : appuyer sur un bouton. Ils ont enregistré l’activité de milliers de neurones dans tout le cerveau pendant que les participants exécutaient la tâche. Ensuite, ils ont testé s’ils pouvaient entraîner un ordinateur pour déterminer si certains schémas d’activité cérébrale étaient captés au repos ou en mouvement.

Les signaux étaient évidents dans des zones spécifiques du cerveau. Il s’agissait de régions précédemment associées au mouvement, où la plupart des neurones sont susceptibles de se concentrer sur ce comportement. Mais les chercheurs ont également trouvé des signaux cérébraux qui prédisent les mouvements dans tout le cerveau, y compris dans des régions qui ne lui sont pas spécifiquement désignées.

Dans de nombreuses parties du cerveau, « nous pouvons prédire avec plus de précision que le hasard si ces données sont venues ou non pendant le mouvement », a déclaré Swan.

« Nous avons trouvé un éventail de régions du cerveau, des régions motrices de base où vous pouvez décoder qu’une personne bouge 100 % du temps, à d’autres régions qui peuvent être décodées 75 % du temps », a ajouté Rockhill.

Dans certaines zones qui ne sont pas spécialisées pour le mouvement, « certains neurones peuvent se déclencher, mais ils peuvent être submergés par des neurones qui ne sont pas liés au mouvement », a-t-il déclaré.

Leurs résultats complètent une étude publiée en 2019 dans la revue la natureoù d’autres chercheurs ont montré des réseaux cérébraux à longue distance similaires associés au mouvement chez la souris.

« Cet article a montré que le mouvement est omniprésent dans le cerveau, et notre article a montré que cela est également vrai chez l’homme », a déclaré Swan.

Peut-être que le phénomène ne se limite pas non plus au mouvement. Il est également possible que d’autres systèmes, tels que la vision et le toucher, couvrent plus de parties du cerveau que prévu.

L’équipe développe actuellement de nouvelles tâches qui impliquent différents types de mouvements, pour voir comment ceux-ci se manifestent dans le cerveau. Ils prévoient de continuer à développer la collaboration avec l’OHSU, en impliquant davantage de chercheurs dans le projet et en acquérant une compréhension plus approfondie des complexités du cerveau.

« Il y a tellement d’opportunités maintenant que nous avons cette nouvelle collaboration », a déclaré Swan. « Nous sommes vraiment chanceux d’avoir l’opportunité de collecter des données aussi passionnantes en travaillant avec l’équipe de l’OHSU et leurs incroyables patients. »

Voir également

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

auteur: Marteaux de laurier
Source: Université de l’Oregon
Contacter: Laurel Hammers – Université de l’Oregon
photo: L’image est dans le domaine public

Recherche originale : Accès fermé.
« Les enregistrements stéréo-EEG élargissent les distributions connues des oscillations canoniques liées au mouvementPar Alexander P Rockhill et al. Journal d’ingénierie neuronale

Résumé

Les enregistrements stéréo-EEG élargissent les distributions connues des oscillations canoniques liées au mouvement

objectif. Des recherches électrophysiologiques antérieures ont caractérisé les schémas oscillatoires canoniques associés au mouvement principalement à partir d’enregistrements du cortex sensorimoteur primaire. Moins de travaux ont tenté de décoder le mouvement sur la base d’enregistrements électrophysiologiques d’un plus large éventail de régions cérébrales telles que celles échantillonnées par électroencéphalographie stéréotaxique (sEEG), en particulier chez l’homme. Nous avons cherché à identifier et à caractériser différentes oscillations associées au mouvement dans un échantillon relativement large de régions cérébrales chez l’homme, et si elles s’étendent au-delà des régions cérébrales précédemment associées au mouvement.

Approchant. Nous avons utilisé une machine à vecteurs de support linéaire pour décoder les modèles spectraux de fréquence temporelle restreints au mouvement et validé nos résultats avec un test de permutation de cluster et un décodage de modèle co-spatial.

Principales conclusions. Nous avons pu classer avec précision la spectroscopie sEEG pendant la tâche de mouvement de frappe par rapport à l’intervalle de temps entre les essais. Plus précisément, nous avons trouvé ces modèles décrits précédemment : désynchronisation bêta (13-30 Hz), synchronisation bêta (rebond), modulation alpha avant le mouvement (8-15 Hz), augmentation gamma à large bande après le mouvement (60-90 Hz) et potentiel associé à l’événement. Ces schémas oscillatoires ont récemment été observés dans un large éventail de régions cérébrales accessibles avec sEEG qui ne sont pas accessibles avec d’autres méthodes d’enregistrement électrophysiologique. Par exemple, la présence d’une désynchronisation bêta dans le lobe frontal était plus répandue que précédemment décrite, s’étendant au-delà des cortex moteurs primaires et secondaires.

indication. Notre classification a révélé des schémas de fréquence temporelle importants également observés dans des études antérieures utilisant l’EEG et l’EEG non invasifs, mais ici, nous avons identifié ces schémas dans des régions du cerveau qui ne sont pas encore associées au mouvement. Cela fournit de nouvelles preuves de l’étendue anatomique d’un système de réseaux cinématiques putatifs qui affichent chacun de ces modes oscillatoires.