Un cerveau virtuel conçu pour prédire l’impact d’une lésion ou d'une intervention médicale

Des chercheurs français ont mis au point un modèle de cerveau numérique qui permettrait d’anticiper l’impact d’une intervention thérapeutique ou d’une lésion cérébrale de façon virtuelle mais fidèle.

100 milliards, c’est le nombre de neurones que nous avons, selon l’Institut du Cerveau. Ils sont organisés en réseaux et communiquent les uns avec les autres. Mais cette organisation n’est pas immuable. Des lésions cérébrales (suite à un AVC par exemple) ou des interventions thérapeutiques (comme la stimulation cérébrale utilisée pour traiter la maladie de Parkinson) peuvent entraîner des effets négatifs et une réorganisation de l’activité cérébrale difficiles à prévoir. 

Des scientifiques de l’Inserm, du CNRS et d’Aix-Marseille Université ont donc cherché une solution. Et ils l’ont trouvée, en créant un système capable de reproduire un cerveau de façon numérique et individualisée. Avec ce double virtuel, ils ont pu ainsi anticiper la réaction du cerveau d’un individu en cas de lésion localisée ou d’une intervention thérapeutique ciblée. Leurs travaux ont été publiés dans la revue PNAS.

Des cerveaux numériques qui ont la même réaction que ceux réels

Pour ce faire, ils ont procédé en deux étapes. La première consistait à analyser les données d’IRM fonctionnelles (IRMf) de souris, réparties en deux groupes : celles qui avaient des lésions chirurgicales et celles qui avaient subi une intervention thérapeutique. Dans les deux cas, l’activité des neurones d’une région spécifique de leur cerveau était inhibée.

Ensuite, à partir des données IRMf des souris, les chercheurs ont créé un modèle informatique de cerveau virtuel propre à chaque rongeur. “Les cerveaux virtuels reproduisaient fidèlement – jusqu’aux spécificités individuelles – les modifications de l’activité cérébrale déjà observées in vivo par IRM chez les souris”, peut-on lire dans un communiqué. Ainsi, les chercheurs pouvaient directement visualiser, sur ce modèle informatique, l’impact qu’auraient l’intervention thérapeutique ou la lésion sur le cerveau réel des rongeurs.

“Intégrer l’IRMf à la modélisation du cerveau virtuel entier nous a permis de développer un modèle prédictif stable inédit qui, contrairement aux modèles actuels, tient compte des variations de l’activité cérébrale d’un individu à l’autre, indique Christophe Bernard, Directeur de recherche Inserm. Nos résultats montrent qu’il est capable de prédire comment la modulation d’une seule région du cerveau va mener à des reconfigurations de cette activité, à la fois à l’échelle locale et globale.”

Anticiper les réaction du cerveau, de manière individuelle

L’impact d’interventions thérapeutiques ou de lésions ciblées ne relève pas du hasard. Les scientifiques ont en effet découvert que la réorganisation du cerveau dépendait de la zone ciblée. “On peut imaginer une toile d’araignée qui vibre lorsqu’un fil est touché, précise Christophe Bernard, la vibration se propage dans le réseau de fils et l’ensemble de la toile ondule différemment en fonction du point d’impact. (...) Le fait que notre modèle [de cerveau virtuel] a été capable de générer des prédictions qui ont ensuite été validées chez la souris est une des grandes originalités de ce travail”. Autrement dit, grâce à ce modèle, ils ont pu anticiper les réactions du cerveau des rongeurs à une perturbation, et ce, de manière personnalisée.

Et c’est bien ce que l’équipe de chercheurs souhaite. À terme, les scientifiques espèrent que ce cerveau virtuel aidera les professionnels de santé à, par exemple, mieux personnaliser des protocoles de stimulation cérébrale profonde.