La recherche révèle de nouveaux indices sur la consommation d’énergie des esprits «au repos»
Le réseau du mode par défaut est un réseau cérébral important qui devient très actif pendant le repos, lorsque nous n’interagissons pas avec notre environnement, et qui se désactive en cas d’engagement actif. La recherche sur ce phénomène s’est largement appuyée sur des techniques d’imagerie classiques comme l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Le projet SUGARCODING, financé par l’UE, a émis l’hypothèse que le cerveau consolide les souvenirs récents au cours de ces états de repos énergivores. «Pour examiner cette question, nous avons quantifié le métabolisme énergétique du cerveau au repos et pendant le traitement de la mémoire», note Valentin Riedl, coordinateur du projet. «Pour ce faire, nous avons utilisé une nouvelle méthode d’imagerie cérébrale que nous avons récemment mise au point et qui nous permet de mesurer le métabolisme de l’oxygène, notre principale source d’énergie qui alimente les fonctions de signalisation et d’entretien du cerveau.»
Un réseau de mode par défaut lorsque nous nous concentrons sur des tâches externes
L’équipe du projet a combiné l’IRMf avec l’imagerie quantitative par tomographie par émission de positrons (TEP) à l’aide d’un scanner TEP/MR avancé. Les chercheurs ont ainsi pu établir un lien entre les mesures de l’IRMf et la consommation d’énergie absolue enregistrée par la TEP. «Nos résultats ont montré que les régions cérébrales présentant une connectivité fonctionnelle plus élevée, c’est-à-dire une plus grande interaction avec d’autres régions, consomment davantage d’énergie», explique Valentin Riedl. «Il est intéressant de noter que les régions cérébrales les plus récentes au cours de l’évolution ont tendance à consommer plus d’énergie, ce que nous avons attribué à des processus de signalisation chimique plus lents impliquant des neurotransmetteurs tels que la dopamine et la sérotonine.» Ces résultats ont permis aux chercheurs de confirmer que l’IRMf peut capturer efficacement les coûts énergétiques significatifs associés à la connectivité cérébrale. Cette activité de projet est rapportée ici.
Un cerveau actif pendant le repos éveillé
Les chercheurs ont ensuite cherché à savoir si le réseau du mode par défaut consomme effectivement plus d’énergie pendant le repos éveillé, comme l’avaient suggéré des études IRMf antérieures. «Nos résultats sont déroutants. Une diminution du signal IRMf provenant du réseau du mode par défaut, généralement interprétée comme un signe de réduction de l’activité neuronale, était liée à une consommation d’énergie plus élevée dans la plupart des régions du cerveau», souligne Valentin Riedl. «Nous avons ainsi pu conclure que les variations du flux sanguin dans le cortex peuvent fausser les résultats de l’IRMf. Plus précisément, les régions du réseau du mode par défaut qui semblent moins actives dans les scans IRMf sont en réalité métaboliquement plus actives en raison de changements inattendus dans le flux sanguin.» Depuis des années, il est largement admis qu’en imagerie cérébrale par IRM, un signal IRMf élevé indique une augmentation de l’activité neuronale, tandis qu’un signal faible indique une diminution de l’activité. Cette hypothèse repose principalement sur des recherches antérieures menées dans les zones sensorielles du cerveau. Cependant, les recherches réalisées par SUGARCODING recourant à l’imagerie cérébrale multimodale avancée, qui comprend des méthodes de mesure du métabolisme énergétique absolu, ont remis en question cette interprétation. L’équipe du projet a constaté que les signaux IRMf ne fonctionnent pas de manière uniforme dans l’ensemble du cerveau. «Certaines régions du cerveau ont des structures vasculaires et des schémas de circulation sanguine différents qui peuvent altérer de manière imprévisible les résultats de l’IRMf», ajoute Valentin Riedl. Ces constats soulignent l’importance de prendre en compte ces variations lors de l’interprétation de l’activité cérébrale à partir des données de l’IRMf.
Le vieillissement ou les maladies neurogénératives peuvent altérer l’interprétation de l’IRMf
Le manuscrit de cette dernière activité de projet fait actuellement l’objet d’une révision. Il insiste sur l’importance de faire preuve de prudence dans l’interprétation des signaux IRMf, en particulier lorsqu’il s’agit de comparer différentes régions du cerveau ou d’analyser des individus dont la vascularisation cérébrale varie. «Par exemple, les changements dans la vascularisation du cerveau, tels que ceux qui surviennent avec le vieillissement ou les maladies neurodégénératives, peuvent considérablement affecter l’interprétation des données de l’IRMf. Ces données soulignent la nécessité d’incorporer des informations supplémentaires sur le flux sanguin cortical pour relier plus précisément les changements de signaux IRMf à l’activité neuronale», conclut Valentin Riedl.
Mots‑clés
SUGARCODING, IRMf, réseau du mode par défaut, activité neuronale, flux sanguin, repos éveillé, système vasculaire
