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La profonde réorganisation des réseaux cérébraux dans le coma
Paris, 29 novembre 2012

6mis à jour le 29/11/2012
Des chercheurs de l'Inserm et du CNRS à l'Université Joseph Fourier de Grenoble, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Cambridge et de Strasbourg, et des cliniciens du CHU de Strasbourg, ont analysé les données de 17 patients dans le coma à partir des données d'IRM fonctionnelle. Ils ont pu mettre en évidence, chez ces patients, une réorganisation des réseaux cérébraux. Ces résultats, parus dans la revue PNAS datée du 26 novembre 2012, pourraient aider les cliniciens dans l'élaboration du diagnostic en cas de coma.
Les chercheurs se sont penchés sur l'analyse des réseaux cérébraux de patients cérébrolésés (non traumatisés) dans le coma, un état où la personne est considérée comme inconsciente.
Les auteurs de l'étude ont employé une méthodologie originale, basée sur la théorie des graphes, des images construites à partir de données d'IRM fonctionnelle au repos et à l'aide de méthodes robustes de traitement statistique du signal. Des index d'efficacité locale et globale des réseaux cérébraux fonctionnels ont été obtenus chez 17 patients cérébrolésés, et chez 20 volontaires sains. Les corrélations de 417 régions cérébrales ont été extraites afin de réaliser les graphes de connexions cérébrales à partir des corrélations statistiquement significatives.
Les chercheurs du CNRS au "GIPSA lab", de l'unité Inserm 836 "Grenoble Institut des neurosciences" et du Behavioural and Clinical Neuroscience Institute à Cambridge, en collaboration avec des cliniciens du CHU de Strasbourg, ont pu mettre en évidence chez les patients cérébrolésés (non traumatisés) dans le coma, une réorganisation des réseaux cérébraux.
Les résultats montrent que la connectivité cérébrale globale est conservée chez les patients dans le coma en comparaison avec les volontaires sains. En analysant la connectivité au niveau local, les auteurs de l'étude ont observé que certaines régions cérébrales fortement connectées (appelées "hubs") chez les volontaires sains, sont plus faiblement connectées chez les patientsdans le coma. Et inversement, des régions moins densément connectées du réseau chez le sujet sain deviennent des "hubs" chez les patients dans le coma.

Représentations cérébrales obtenues à partir des graphes de connectivité

© Sophie Achard - Petra Vertes
La méthode des graphes de connectivité permet de résumer les données acquises par l'IRMf en une seule image. Elle traduit l'efficacité des connexions d'une région par rapport à toutes les autres. Le regroupement des régions les plus connectées entre elles, fait apparaître des modules (représentés chacun par une couleur différente). Patients et volontaires sains présentent tous deux des modules différents dans leur localisation spatiale qui traduisent les profondes altérations dans les connexions cérébrales.
Selon une hypothèse en cours, les troubles de la conscience chez les patients en état de coma persistant seraient liés à des phénomènes de déconnexions entre certaines régions corticales, en particulier le précunéus. Les résultats de ces travaux vont dans ce sens. "La topologie des connexions cérébrales a bien résisté d'un point de vue global au traumatisme en réorganisant les régions les plus connectées du réseau. Il semble donc que le coma puisse être lié à des changements dans la localisation des "hubs" parmi les réseaux cérébraux", suggère Chantal Delon Martin, chargée de recherche à l'Inserm.
L'évaluation des lésions cérébrales et le coma
Le patient peut traverser différents états cliniquement définis lorsqu'il présente des lésions cérébrales: l'état végétatif caractérisé par la préservation du cycle éveil-sommeil (ouverture des yeux spontanée, respiration autonome…) ; l'état de conscience minimale témoignant d'une certaine conscience de l'environnement (capacité de suivre des yeux, réagir à une stimulation) ; le syndrome de verrouillage ("locked in" syndrome) où le patient est paralysé mais conscient (il communique avec les yeux) ; la mort cérébrale lorsque le coma est irréversible (électroencéphalogramme plat, absence de flux sanguin).
Le coma (du grec κῶμα kôma signifiant « sommeil profond ») est un de ces différents états où l'on observe une abolition de la conscience de soi et du monde extérieur, qui survient suite à un accident (cérébral, cardiaque, ...). Il existe deux phases de coma : la phase de coma dite "aigüe" (quelques jours après l'accident) et la phase dite "chronique" (au-delà d'un mois). La réorganisation cérébrale a été observée par les chercheurs lors de la phase "aigüe", lors de laquelle on ne sait pas vers quel type de coma le patient va évoluer.
L'évaluation des lésions cérébrales chez les patients dans le coma se fait actuellement par l'examen clinique, l'IRM morphologique, les potentiels évoqués et par le SPECT (Tomodensitométrie par émission photonique) ou la TEP (Tomographie par émission de positons). "Les résultats de cette étude pourraient aider les cliniciens dans l'élaboration difficile du diagnostic des patients dans le cas de coma car cette méthode permet de caractériser chaque patient individuellement", concluent les chercheurs.

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COPIES CONFORMES (2001)

La division cellulaire a pour nom mitose, c'est une division qui est paradoxalement une multiplication. Une cellule donne deux cellules qui elles-mêmes se diviseront et qui elles mêmes... C'est ainsi que se renouvellent les tissus. La succession des événements qui constituent la mitose se passe en une heure environ. La dynamique de la division nous échapperait s'il n'était possible de jouer avec le temps. Les astuces du cinéma nous font ainsi pénétrer dans le tempo de la cellule.

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Réalisation : Marcel Dalaise et Marcel Pouchelet Production : I.N.S.E.R.M / C.S.I / Science Actualités Copyright Cités des Sciences et de l'industrie 2001

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BATTEMENTS (1999)

Notre coeur est formé de plusieurs millions de cellules qui battent au rythme de 50 à 120 pulsations par minute. Les cellules cardiaques comprennent les myocytes qui battent et les fibroblastes qui eux ne pulsent pas mais dont les mouvements sont mis en évidence par microcinématographie en accéléré. Des cellules de coeur de rat sont mises en culture. Les myocytes sont d'abord dispersés, puis après une ou deux semaines de culture, ils se rassemblent et leurs battements se synchronisent. Ces regroupements de myocytes en zones cellulaires homogènes semblent être organisés par les fibroblastes. La communication entre myocytes, réalisée par leurs membranes qui se joignent, semble permettre leur synchronisation.

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Auteurs : Marcel Pouchelet et Jean-François Ternay Producteurs : CNRS Audiovisuel / INSERM Diffuseur : CNRS Diffusion

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VOIR LES CELLULES COMMUNIQUER

Nos cellules "communiquent" chimiquement en échangeant des "molécules-mots" : hormones, neurotransmetteurs, etc. Le dialogue entre neurones dans notre cerveau est ainsi intimement lié à leurs échanges de petites bouffées de neurotransmetteurs de proche à proche. Beaucoup est déjà connu en physiologie et en biologie sur ce domaine, mais il reste encore très mystérieux car nos connaissances sur le sujet sont encore limitées par des difficultés expérimentales. Cela se comprend aisément lorsque l'on sait que ces échanges impliquent seulement quelques milliers de molécules-mots en quelques millièmes de seconde. De même, les neurones étant incapables de stocker leur énergie, ont une activité impliquant un couplage très fin avec le système neurovasculaire qui irrigue le cerveau. En d'autres termes, lorsqu'un neurone "communique avec ses partenaires", il doit simultanément "réclamer" un accroissement du flux sanguin à son voisinage immédiat. C'est précisément cette modulation locale du flux sanguin qui est observée en temps réel par imagerie IRM ou par caméra à positons (PET scan) avec des conséquences importantes en médecine ou en sciences cognitives. Néanmoins, le phénomène observé n'est que le résultat d'un échange de neurotransmetteur, le NO, sous-jacent comme nous le démontrerons au cours de cette conférence. Au cours de cette conférence nous expliquerons comment des électrodes extrêmement petites (entre une vingtaine et une cinquantaine d'entre elles, réunies en faisceau, auraient l'épaisseur d'un seul cheveu humain !) peuvent être utilisées afin de "voir les cellules parler". Nous montrerons ensuite comment les données expérimentales ainsi obtenues permettent de remonter aux mécanismes physicochimiques mis en jeu, c'est-à-dire de "comprendre comment elles parlent". voir le site internet : : http://helene.ens.fr/w3amatore/

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