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Décoder les ondes de l’activité cérébrale

Le centre de contrôle des changements d’état cérébraux

Un cerveau en bonne santé est capable de passer d’un état à un autre : vigilance, concentration, relaxation, sommeil, et tous les états intermédiaires.

Une petite région du cerveau, appelée locus coeruleus, agit comme un centre de contrôle principal et orchestre les changements d’état à l’échelle du cerveau chaque fois que nous devons changer de « mode mental ».

Nous avons découvert que lorsque cette région s’active, elle génère un motif d’activité distinctif, semblable à une onde, qui se propage dans tout le cerveau. Il s’agit de la « signature » d’une transition d’état.

Cette découverte révèle le mécanisme fondamental derrière l’une des fonctions les plus importantes du cerveau : la flexibilité des états mentaux.

Comment nous avons identifié le mécanisme

Nous avons utilisé une technique appelée « optogénétique », qui utilise des impulsions lumineuses pour activer sélectivement le locus coeruleus chez la souris tout en scannant leur cerveau par IRM.
Chaque fois que nous activions cette région, elle déclenchait le même motif d’activité cérébrale en forme d’onde, montrant qu’il s’agit d’un mécanisme fiable et contrôlable.
Nous avons ensuite suivi ce même motif lors de transitions d’état naturelles (comme les cycles sommeil–éveil) pour confirmer qu’il fonctionne de la même manière dans le fonctionnement normal du cerveau.


Confirmer le motif chez l’humain

Nous avons développé un décodeur basé sur l’IA, entraîné à partir des résultats obtenus chez la souris.
Lorsqu’il a été testé sur des images cérébrales humaines, la même signature de transition d’état est apparue lors des changements d’état naturels.
Cela prouve que le mécanisme est conservé entre espèces et peut être détecté à l’aide d’outils d’imagerie cérébrale standard.


Pourquoi c’est important

Le contrôle des états mentaux est essentiel pour la santé mentale. Par exemple :

  • les personnes atteintes de TDAH ont du mal à stabiliser ou basculer entre les états,
  • celles souffrant de dépression restent « bloquées » dans un état dépressif,
  • les troubles anxieux impliquent une sensibilité excessive aux changements d’état.

Jusqu’à présent, il n’existait aucune méthode objective permettant d’évaluer si les mécanismes de contrôle des états mentaux d’un individu fonctionnent correctement.
L’évaluation clinique reposait principalement sur les symptômes déclarés et l’observation comportementale.

Cette étude révèle un biomarqueur de la flexibilité des états mentaux, directement lié à un mécanisme spécifique.
Cela ouvre la voie au diagnostic des troubles du contrôle des états mentaux et à la mesure objective de l’efficacité des traitements ciblés.


Troubles des états mentaux

Les troubles des états mentaux se caractérisent par des perturbations cliniquement significatives de la cognition, de la régulation émotionnelle ou du comportement, affectant la capacité d’une personne à fonctionner au quotidien.

Exemples :

  • dépression (humeur basse persistante et incapacité à changer d’état),
  • troubles anxieux (changements d’état excessifs et difficilement contrôlables),
  • TDAH (difficulté à maintenir l’attention en raison d’états cérébraux instables).

Ces troubles se manifestent souvent par une rigidité ou une fluctuation excessive des états mentaux, entraînant détresse, difficultés relationnelles ou perte de productivité.
Le diagnostic repose généralement sur les symptômes, le retentissement fonctionnel et les descriptions subjectives, mais la mesure objective des transitions d’état cérébral demeure un défi majeur pour les neurosciences cliniques.

Prof. Valerio Zerbi, UNIGE

Valerio Zerbi est professeur assistant à l’Université de Genève (UNIGE). Il utilise l’imagerie cérébrale avancée et la modélisation des réseaux pour comprendre comment les dynamiques d’activité cérébrale soutiennent l’humeur, la cognition et le comportement. Ses travaux visent à développer de nouveaux biomarqueurs pour les troubles psychiatriques et neurologiques.

Institution(s):

Points forts

C’est la première fois que des chercheurs parviennent à suivre un mécanisme de contrôle des états cérébraux depuis les neurones individuels chez l’animal jusqu’à des motifs mesurables en imagerie cérébrale humaine.


Les concepts développés dans ce travail transforment un problème clinique abstrait en quelque chose que l’on peut désormais voir, mesurer et potentiellement réparer.

 

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