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Iseult, plongée dans le cerveau humain

19 mai 2017

Une prouesse technologique

Pour ses 10 ans le centre NeuroSpin du CEA de Saclay se dote de l'IRM (instrument d'imagerie par résonance magnétique) le plus puissant au monde. Avec son aimant supraconducteur de taille inédite, il produira un champ magnétique de 11,7 teslas, près de huit fois plus intenses que ceux des IRM cliniques, dépassant le record de 10,5 T actuellement détenu par des Américains.

En améliorant la résolution des données d’imagerie médicale tomographique, l’aimant d’Iseult permettra de zoomer dans le cerveau avec une fluidité sans précédent. Outre son haut champ magnétique, le dispositif de blindage et le système cryogénique associés au scanner font de ce projet une véritable prouesse technologique. L'aimant sera installé et mis en service à NeuroSpin au courant de l'année 2017, suivie par une phase de tests. Son exploitation est prévue pour 2019.

Des enjeux médicaux, scientifiques, technologiques

L'IRM du projet Iseult ouvre la voie à l’exploration cérébrale à de très hautes résolutions spatiale et temporelle. En se fondant sur un assemblage de réseaux, non plus de millions de neurones mais de seulement quelques centaines ou milliers de neurones, le scanner permettra l’investigation de l’organisation fine du cerveau, tant sur le plan de l’architecture que sur le plan fonctionnel. Comment fonctionne le cerveau humain ? Quels sont ses éventuels dysfonctionnements ? Comment ses axes de câblage s'organisent-ils ?

Jusqu'à présent, les IRM permettent d'étudier l'architecture du cerveau en repérant les molécules d'eau. En offrant la possibilité d’observer d’autres molécules, comme les neurotransmetteurs ou le sucre, Iseult pourrait mener à découvrir de nouveaux marqueurs de maladies. À la clé, de meilleures connaissances fondamentales sur les troubles neurologiques et la santé mentale, donc à terme le développement de nouveaux outils thérapeutiques.

En savoir plus

NeuroSpin, centre névralgique, dossier page 14, Les défis du CEA

Le scanner IRM du projet Iseult, supplément dédié au scanner, Les défis du CEA

Le site du CEA, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

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Quatre questions sur le cerveau
Le cerveau, sa genèse, son évolution en quelques chiffres

Publié le 15 mars 2017

Qu'est-ce que le cerveau ?

Avec un poids moyen de 1,3 kg et un volume d'environ 1 400 cm3, le cerveau adulte représente 2% du corps humain et consomme 20% de l'oxygène utilisé par le corps. Constitué à 75% d'eau, il dispose d'environ 86 milliards de neurones et autant de cellules gliales, les cellules de soutien des neurones. Chaque neurone réalise entre 1 000 et 10 000 connexions avec d'autres neurones, ce qui fait approcher de 10 000 milliards le nombre de connexions nerveuses, les synapses.

Les plus grands neurones peuvent mesurer jusqu'à deux mètres chez les êtres humains. Les fibres nerveuses transmettent un courant électrique grâce à l'action de canaux ioniques, les plus larges fibres transportant l'influx nerveux à une vitesse de 120 mètres par seconde. Dans les synapses, l'information est transmise par des neurotransmetteurs, dont il existe plusieurs types. L'ensemble formé par les neurones et leurs connexions forment un réseau contigü.

Le système nerveux entérique, avec plus de 100 millions de neurones intégrés le long du tube digestif, est considéré comme un véritable deuxième cerveau dans l’intestin. De plus, 8% des fibres du nerf vague remontent de l'intestin au cerveau, ce qui fait que ce dernier est informé en permanence de ce qui se passe dans l’intestin.

Comment se construit le cerveau ?

Le développement de cet organe est sous l'inflence de l'ADN et de l'environnement, donc mêmes les jumelles et jumeaux homozygotes ont des cerveaux différents. La neurogénèse est la plus forte entre le troisième et le septième mois de grossesse, avec environ 250 000 neurones générés par minute. Seulement 10 % des connexions entre les neurones, les synapses, sont présentes à la naissance, les 90 % restants se construisent ensuite.

La plasticité neuronale représente la faculté du cerveau à se restructurer. Ce potentiel d'adaptation du système nerveux permet au cerveau de récupérer après des troubles ou de compenser le déclin neurobiologique lié au vieillissement, qui n'est pas inéluctable jusqu’à un âge souvent avancé. De plus, aux phénomènes naturels de compensation cérébrale peuvent s’ajouter des moyens de compensation externe.

D'où vient le cerveau ?

La forme du cerveau prend tout le sens qu'on veut lui donner lorsqu’on le considère à la lumière de l’évolution dont elle est issue. Différentes structures du cerveau sont apparues au cours de l'évolution. Chez l'être humain, le processus évolutif a conduit à un cerveau connaissant une forte croissance, telle qu'il a dû adopter une structure plissée pour tenir dans la boîte crânienne.

Quand on parle du cerveau « reptilien » qui assure les fonctions vitales de l’organisme, du cerveau « limbique », apparu chez les premiers mammifères, qui est responsable des émotions, et du « néo-cortex », qui prend de l’importance chez les primates et culmine chez l’être humain, il faut garder à l'esprit qu'il n'y a pas de hiérarchie dans l'évolution. Les structures cérébrales d'une espèce ne fonctionnent pas de manière indépendante et ont tissé de nombreuses connexions par lesquelles elles peuvent s’influencer mutuellement.

Qu'est-ce que la conscience ?

La conscience, tout comme les émotions, n'est pas localisée dans une seule zone du cerveau. Les fonctions cérébrales sont des phénomènes issus de l'activité de réseaux de neurones. À chaque instant, nous sommes le produit de toutes ces interactions dynamiques. On peut illustrer cette propriété émergente du cerveau par la métaphore du torrent.

Le bouillonnement de l’eau représente l’activité nerveuse. À chaque instant, les remous de l’eau n’ont jamais la même forme, tout comme les configurations de notre activité nerveuse. Mais il y existe des tourbillons dont la forme générale est la même à certains endroits, derrière certains rochers. Tout comme il y a dans notre cerveau de grands réseaux qui, sans jamais être tout à fait les mêmes, sont reconnaissables lorsque l’on se retrouve dans telle ou telle situation.

La forme du lit du torrent, qui contraint le courant, peut être associée aux grandes voies nerveuses de notre cerveau, issues de l'évolution. Si l’on revient des années plus tard, le courant aura érodé les rives et déplacé les roches hors du lit du torrent, de même que notre activité nerveuse modifie en permanence la configuration de nos réseaux nerveux en faisant de nous, jour après jour, une personne un peu différente.

En savoir plus

Le cerveau à l'honneur, sur Sciences en ligne

Le cervau à tous les niveaux, blogue de vulgarisation scientifique

Nous sommes le fruit de processus dynamiques à différentes échelles de temps, Agence science presse

Il ne suffit pas d'une seule mutation pour devenir humain, Agence science presse

Arthur Jeannot
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