« La connectivité entre le cortex et le pont a fait l’objet de décennies d’études réalisées au moyen de méthodes invasives chez les primates non humains », explique explique l’auteur source Paul-Noël Rousseau, doctorant au Département de psychologie de l’Université Concordia et membre du Laboratoire de recherche sur l’architecture, la connectivité et le comportement neuronaux.
Une équipe de neuroscientifiques de l’Université Concordia a révélé la configuration organisationnelle d’une importante connexion cérébrale régissant à la fois la motricité et la cognition. À l’aide de techniques avancées d’imagerie et d’analyse de données, les chercheurs ont tracé la connectivité du faisceau corticopontique – première partie d’une voie reliant le cortex cérébral au cervelet.
Leurs conclusions, récemment publiées sur le site Scientific Reports, montrent pour la première fois l’organisation de cette voie cérébrale chez l’humain. Reprenant les principales conclusions de la littérature portant sur les animaux non humains, l’étude fait état d’une organisation précise et du rôle potentiel de cette connexion dans l’intégration d’informations provenant de différentes zones du cortex préalablement à leur transmission au cervelet. Elles s’appuient également sur les travaux précédemment publiés par l’équipe de recherche, qui avaient permis de cartographier la connectivité de la deuxième partie de la voie pontocérébelleuse.
Cartographier des gradients plutôt que des autoroutes
Les chercheurs ont utilisé une technique appelée tractographie par IRM de diffusion, qui permet la reconstitution des faisceaux de substance blanche dans un cerveau vivant. Mais au lieu de porter leur attention sur des faisceaux distincts reliant différentes parties du cortex au pont de Varole (la structure intermédiaire entre le cortex et le cervelet), ils se sont concentrés sur des modèles spatiaux graduels – ou gradients de connectivité – qui révèlent les schémas organisationnels dominants de cette voie.
« Nous avons trouvé deux gradients qui se chevauchent dans le pont, indiquant sa connectivité avec le cortex cérébral », explique l’auteur source Paul-Noël Rousseau, doctorant au Département de psychologie de l’Université Concordia et membre du Laboratoire de recherche sur l’architecture, la connectivité et le comportement neuronaux. « Cela nous montre une cartographie ordonnée du cortex cérébral et du pont dans le cerveau humain, conformément aux résultats constatés chez les primates non humains obtenus au moyen de méthodes invasives de traçage des tractus. »
Le premier gradient de connectivité observé dans le pont est organisé selon une direction allant de médiane à latérale, tandis que le second se projette vers l’extérieur à partir d’un noyau central – une configuration que l’équipe désigne comme une organisation « du noyau vers la ceinture ». Lorsque ces gradients retournent vers le cortex, le premier présente une organisation d’antérieure à postérieure, tandis que le second rayonne vers l’extérieur à partir des aires motrices.
Du cortex au cervelet, par un détour complexe
Le faisceau corticopontique est la première partie d’une boucle plus large qui relie le cortex au cervelet; il s’agit d’une structure dont on a longtemps cru qu’elle ne jouait qu’un rôle dans la motricité, mais que l’on sait aujourd’hui impliquée dans une vaste gamme de processus cognitifs et émotionnels. Il est essentiel de comprendre comment le cortex se connecte au pont et comment les informations corticales sont transformées durant leur trajet vers le cervelet pour saisir le rôle de ce dernier, tant dans la motricité que dans les fonctions cérébrales supérieures.
Les chercheurs ont constaté que leurs gradients de connectivité étaient cohérents dans les ensembles de données humaines observés in vivo et post mortem (imagerie à haute résolution) utilisés dans le cadre de l’étude. Leur approche leur a permis de cartographier leurs gradients sur toute la longueur du faisceau corticopontique et d’établir des liens entre leurs résultats et les recherches sur des animaux non humains effectuées depuis des décennies.
« La connectivité entre le cortex et le pont a fait l’objet de décennies d’études réalisées au moyen de méthodes invasives chez les primates non humains. Notre étude s’appuie sur ces recherches en démontrant que les principes d’organisation observés chez l’animal semblent également s’appliquer au cerveau humain. »
Un regard neuf sur une structure ancienne
Le pont a toujours été considéré comme une station de relais passive qui se borne à recevoir les informations du cortex et à les transmettre au cervelet. Mais l’étude a une importante implication : l’existence d’un chevauchement des circuits entre le cortex cérébral et le pont porte à croire que ce dernier joue un rôle plus complexe. L’étude met en évidence la possibilité que le pont intègre des informations provenant de différentes zones du cortex avant qu’elles ne soient transmises au cervelet. Le rôle computationnel que pourrait jouer le pont est un domaine qui reste à explorer.
L’auteur principal de l’étude, Christopher J. Steele, professeur agrégé au Département de psychologie, chercheur principal au Laboratoire de recherche sur l’architecture, la connectivité et le comportement neuronaux et chercheur-boursier Junior 2 du FRQS, y voit un point de départ pour de nouvelles recherches.
« La découverte de ces gradients qui se chevauchent nous permet de réfléchir à la manière dont les informations provenant de différentes régions corticales peuvent se combiner pour donner lieu à des comportements complexes avec le soutien du cervelet. La cartographie de ces relations spatiales ouvre la voie à l’étude de la manière dont ces connexions structurelles (ou les propriétés des connexions neuronales qui les sous-tendent) changent au cours du développement, avec le vieillissement ou en raison de troubles neurologiques. Cette étude et les autres travaux de Paul-Noël représentent des progrès notables dans la compréhension des rôles importants, quoique peu étudiés, que joue le cervelet dans les processus cérébraux chez l’humain. »
Considérations cliniques et technologiques
Les résultats de l’étude pourraient servir à élaborer des modèles indiquant la manière dont ces connexions neuronales influent sur les fonctions motrices, cognitives et émotionnelles, et dont elles peuvent être perturbées en cas de troubles neurologiques ou psychiatriques. Les auteurs concluent en soulignant que de futurs travaux réalisés au moyen de nouveaux outils permettant des reconstructions plus fines des connexions cérébrales, ainsi que des méthodes mieux adaptées à un examen de l’activité des zones cérébrales en question sont nécessaires pour faire avancer les recherches dans ce domaine.
« Notre étude peut être considérée comme une première étape dans l’examen de cette voie neuronale chez l’humain, conclut Paul-Noël Rousseau. À l’avenir, de nouvelles méthodes de reconstruction de ces connexions – offrant des résolutions plus élevées –, combinées à des techniques d’imagerie fonctionnelle, nous aideront à mieux en comprendre l’organisation et le rôle. »
Apprenez-en davantage sur les recherches effectuées au Département de psychologie de l’Université Concordia.