Le cerveau en développement n'est pas simplement une version réduite de celle d'un adulte, mais est conçu uniquement pour se préparer au monde extérieur. Il a des structures et des fonctions dont le seul rôle est de mettre en place les circuits de base nécessaires à la vie après la naissance, qui disparaissent ensuite une fois qu'ils ont fait leur devoir. Nous savons par l'étude des bébés nés prématurément que même à ce stade très précoce, le cerveau est extrêmement actif, mais d'une manière très spécifique à cette période de la vie.

Études animales ont montré que les cellules cérébrales immatures s'enflammaient toutes seules, un peu comme les cellules du stimulateur cardiaque. Le tir de ces cellules est extrêmement coordonné afin qu'il puisse fournir les instructions initiales pour le câblage et la maintenance des circuits neuronaux du cerveau. Ce sont des étapes initiales fondamentales qui, si elles sont interrompues ou perturbées, peut modifier l'ensemble du processus par lequel le cerveau arrive à maturité. Compte tenu de leur importance, nous avons voulu étudier ces étapes chez les nouveau-nés prématurés.

Explosion d'activité

Comme les neurones à l'intérieur du cerveau communiquent les uns avec les autres en utilisant des signaux électriques, nous pouvons mesurer cette activité comme des «ondes cérébrales» en utilisant des capteurs EEG (électroencéphalographie) positionnés sur la tête. Certains d'entre nous à University College London ont utilisé avec succès cette méthode au cours des dernières années 20 pour regarder activité pendant les crises et d'étudier comment le cerveau d'un bébé peut traiter toucher et douleur même avant l'heure de la naissance normale.

L’EEG peut également être utilisé pour enregistrer l’activité dans le cerveau d’un bébé prématuré lorsqu’il se repose, et a montré il se compose d'énormes rafales qui ne sont normalement pas vues à un autre moment. Mais alors que nous savons depuis longtemps à quoi ressemble l'activité avec l'EEG et quand cela arrive, nous n'avons jamais su où dans le cerveau l'activité se produisait réellement.

La clé pour résoudre cette question était de combiner les enregistrements EEG avec l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Lorsque les neurones dans le cerveau tirent, ils ont besoin de carburant (oxygène et glucose) qui est amené à une zone «active» via la circulation sanguine.

En utilisant IRMf, il est possible de mesurer avec précision les changements dans les niveaux d'oxygène et de débit sanguin à travers le cerveau entier, avec une précision de quelques millimètres. Mais ce n'est que sur une échelle de temps que le scanner IRM et les changements de débit sanguin relativement lente permettent. Par conséquent, la combinaison de l'EEG (qui peut mesurer l'activité électrique rapide mais a du mal à la localiser) et de l'IRMf (qui mesure la réponse couplée lente du flux sanguin mais peut la localiser précisément) était idéale pour découvrir d'où proviennent les explosions. cerveau du bébé prématuré.

Découverte de l'île

Ce genre d'expérience n'avait jamais été fait auparavant et nous savions que ce serait extrêmement difficile, alors nous avons collaboré avec une équipe du King's College de Londres qui avait une vaste expérience et une connaissance des méthodes de l'IRMf. Nous avons enregistré l'activité cérébrale de dix bébés prématurés alors qu'ils étaient naturellement endormis avec les deux techniques simultanément.

Et les premières données de notre étude, publié dans eLife, a suggéré où les ondes cérébrales prématurées étaient générées.

Chaque bébé avait des poussées d'activité fréquentes dans son EEG et avec IRMf nous avons pu voir que la plupart d'entre eux venaient d'une région cérébrale en forme de pyramide l'insula. Il s'agit d'une île de cortex («insula» est le nom latin de l'île) qui, chez les adultes, recouvre des rôles très divers puisqu'elle rassemble des informations physiques de base avec des signaux émotionnels, cognitifs et motivationnels.

Nous avons montré dans notre étude que cette région cérébrale spécifique - à laquelle peu d'attention a été payée jusqu'à présent - joue également un rôle majeur dans la génération de l'activité critique qui façonne le cerveau en développement. En effet, il se développe plus rapidement que d'autres régions du cerveau et forme des connexions avec le reste du cerveau au cours du dernier trimestre de gestation dans l'utérus. Dans quelle mesure un bébé est-il prématuré? et usage de drogues récréatives pendant la grossesse ont un effet néfaste sur cette région du cerveau.

Le taux de naissances prématurées augmente dans de nombreux pays européens et notamment au Royaume-Uni, où le nombre de bébés nés à 22-25 semaines de gestation et admis en réanimation ces dernières années a augmenté de 44%.

Ces bébés ont plus de chances de survivre grâce aux progrès modernes dans les soins hospitaliers, mais ils sont exposés à un plus grand risque de problèmes neuro-développementaux. Cela pourrait être dû au fait qu'ils sont nés trop tôt et que leur cerveau n'est tout simplement pas prêt, car il continue de suivre les étapes de développement qui auraient dû se produire dans l'environnement protégé de l'utérus. En conséquence, le cerveau prématuré est plus sensible aux blessures pouvant entraîner des handicaps.

Il est donc fondamental de comprendre comment le cerveau en développement travaille pour informer les soins de cette population vulnérable. Et nos résultats peuvent offrir de nouvelles et excitantes opportunités pour surveiller comment le cerveau et son activité se développent chez les bébés prématurés et une nouvelle compréhension de la façon dont les blessures précoces conduisent finalement à des incapacités.

À propos des auteurs

Lorenzo Fabrizi, chercheur MRC, UCL et Tomoki Arichi, maître de conférence clinique au Centre pour le cerveau en développement, King 's College London

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

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