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De nouvelles recherches menées par l'École d'ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard ont permis de développer un modèle de réplication des circonvolutions cérébrales susceptible d'aider les scientifiques à mieux comprendre le fonctionnement interne du cerveau. Grâce à la réplication 3D des circonvolutions du cerveau humain, l'équipe de recherche a démontré que, malgré la multiplicité des processus moléculaires qui déterminent les événements cellulaires, la cause réelle des circonvolutions cérébrales est essentiellement une instabilité mécanique liée à un phénomène de flambage.
Des chercheurs ont créé un modèle en gel, une réplique tridimensionnelle d'un cerveau fœtal lisse, grâce à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). La surface du modèle était recouverte d'une couche de gel élastomère, analogue du cortex. Afin de simuler l'expansion corticale, le modèle cérébral a été immergé dans un solvant qui s'est absorbé par la couche superficielle, provoquant un gonflement par rapport aux régions plus profondes du gel. Quelques minutes après l'immersion dans le solvant liquide, la compression a entraîné la formation de plis dans le modèle, similaires en forme et en taille à ceux du cerveau.
Même les chercheurs ont été impressionnés par les similitudes entre le cerveau en gel et le cerveau humain. Jun Chung, chercheur postdoctoral et co-premier auteur de l'article, a déclaré : « Lorsque j'ai plongé le modèle dans le solvant, je savais qu'il y aurait des replis, mais je ne m'attendais pas à une telle ressemblance avec le cerveau humain. » Il a ajouté : « On dirait un vrai cerveau humain. »
La pertinence et la clé de ces similarités résident dans la forme unique du cerveau humain. Chung affirme : « La géométrie du cerveau est primordiale car elle détermine l’orientation des circonvolutions. » Selon Chung, leur modèle, identique à grande échelle à un cerveau humain réel, présente la même courbure, ce qui explique la formation de circonvolutions très proches de celles d’un cerveau fœtal.
D'un point de vue évolutionniste, on peut expliquer de plusieurs manières la structure du cerveau humain. Par exemple, on a longtemps cru que cette structure était le résultat de l'évolution d'un cortex volumineux adapté à un volume réduit, ce qui permettait de raccourcir les connexions neuronales et, par conséquent, d'améliorer les fonctions cognitives.
Ce qui restait inexpliqué jusqu'alors, c'était le mécanisme des plis cérébraux. De nombreuses années d'études ont donné lieu à de multiples hypothèses. Cependant, aucune de ces avancées n'avait permis d'aboutir à des prédictions vérifiables. Or, des chercheurs de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard, en collaboration avec des scientifiques français et finlandais, ont démontré que la cause première des plis cérébraux résulte d'une simple instabilité mécanique, très probablement due à un phénomène de flambage.
Le cerveau n'est pas identique chez tous les êtres humains, mais tous devraient présenter les mêmes circonvolutions majeures, signe de bonne santé. Cette recherche montre que si la géométrie globale du cerveau est perturbée, ou si une partie ne se développe pas correctement, les circonvolutions majeures peuvent être absentes, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement cérébral. Cette étude permet aux scientifiques de mieux comprendre les circonvolutions du cerveau, ce qui pourrait contribuer à élucider les mécanismes les plus profonds du cerveau humain et, à terme, expliquer certains troubles cérébraux.
École d'ingénierie et de sciences appliquées John A. Paulson de Harvard. (1er février 2016). Nouvelles recherches reproduisant le repliement du cerveau humain en 3D : une étude confirme un modèle mécanique simple expliquant comment le cerveau humain se replie. ScienceDaily. Consulté le 2 février 2016 sur www.sciencedaily.com/releases/2016/02/160201122842.htm
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