Comprendre le fonctionnement du cerveau grâce à des méthodes invasives

Des techniques pionnières invasives ont jeté un nouvel éclairage sur l'activité et le fonctionnement d'une région mystérieuse du cerveau.

Recherche fondamentale

Le thalamus est une petite structure située au milieu du cerveau. Il joue un rôle essentiel dans la transmission des informations, reliant par exemple la rétine au cortex visuel. Bien que de nombreux scientifiques pensent que le thalamus est responsable de bien d’autres choses, il a longtemps été difficile d’en trouver la preuve. «Le thalamus est assez difficile à atteindre», explique Tobias Staudigl, coordinateur du projet DirectThalamus(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de l’université Ludwig Maximilian de Munich(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en Allemagne. «Il ne s’agit pas non plus d’une structure uniforme, avec diverses parties reliées à différentes régions du cortex.» Le thalamus humain est donc incroyablement difficile à analyser et à mesurer par des méthodes non invasives. C’est pourquoi cette région du cerveau est restée un peu mystérieuse.

Rôle du thalamus dans les fonctions cognitives

C’est là qu’intervient le projet DirectThalamus. Soutenus par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Tobias Staudigl et son équipe ont cherché à appliquer les techniques de l’EEG intracrânien (iEEG) et à combiner leurs résultats avec d’autres sources de données. Ils espéraient ainsi obtenir une image beaucoup plus claire du rôle du thalamus dans les fonctions cognitives. Chez l’être humain, l’iEEG ne peut être enregistré que dans le cadre d’une procédure médicale au cours de laquelle des électrodes sont placées directement sur le cerveau pour enregistrer l’activité électrique. Cette méthode est principalement utilisée pour déterminer la source des crises chez les personnes atteintes d’épilepsie. DirectThalamus, quant à lui, utilise des électrodes qui ont été implantées dans le cadre d’une thérapie de stimulation cérébrale profonde. Tobias Staudigl a utilisé cette technique pour enregistrer et stimuler directement l’activité thalamique chez des patients. «Nous avons pu caractériser une électrophysiologie très fondamentale dans le cerveau, ce qui n’aurait pas été possible autrement», explique-t-il. «Par exemple, nous avons étudié les rythmes de sommeil. Il existe des oscillations particulières à certains stades du sommeil qui seraient générées dans le thalamus, mais de nombreux aspects de ces rythmes sont totalement inconnus, en particulier chez l’être humain.»

Oscillations cérébrales dans le thalamus central

Tobias Staudigl et son équipe ont pu caractériser ces oscillations et ont trouvé des preuves que certains rythmes thalamiques influencent effectivement les rythmes corticaux. En d’autres termes, le thalamus semble prendre l’initiative dans des situations où les modèles traditionnels supposaient que le cortex était en charge. «Nous avons également découvert une oscillation cérébrale dans le thalamus central qui n’avait jamais été décrite auparavant, ce qui est très enthousiasmant», note Tobias Staudigl. «Ce qui est intéressant, c’est que ce rythme est présent pendant l’éveil et le sommeil à mouvements oculaires rapides (REM), mais pas pendant le sommeil non REM. C’est un rythme qui pourrait relier ces deux états de conscience.»

Traitement de l’épilepsie et d’autres troubles neurologiques

Le projet constitue une étape importante en apportant des preuves convaincantes que le thalamus ne se contente pas de relayer des informations. Tobias Staudigl reconnaît néanmoins qu’il reste encore beaucoup de recherche fondamentale à faire dans ce domaine. «Les données sont là, il faut maintenant les exploiter et les décrire», ajoute-t-il. «Cela nous permettra d’avoir une vision plus complète de la science du cerveau et nous aidera à nous défaire de nos préjugés cortico-centrés.» Tobias Staudigl s’intéresse également au potentiel thérapeutique d’une meilleure compréhension du fonctionnement du cerveau. L’identification de zones spécifiques du cerveau pouvant être manipulées pourrait un jour améliorer le traitement de l’épilepsie et d’autres troubles neurologiques.