À l’image des empreintes digitales, chaque individu a une empreinte cérébrale unique, qui lui est propre ! Celle-ci peut être identifiée par résonance magnétique (IRM). Mais combien de temps faut-il pour identifier une empreinte cérébrale ?
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Les empreintes digitales ont été découvertes au XVIIe siècle. Il s'agit d'un moyen d'identifier un individu de manière unique ; les applicationsapplications sont nombreuses et encore très utilisées de nos jours ! Depuis, d'autres moyens d'identification ont été mis au point comme la reconnaissance vocalereconnaissance vocale ou le scan de la rétine.
Notre cerveau génère lui aussi une empreinte unique. Depuis quelques années, celle-ci est de mieux en mieux comprise. En 2015, des auteurs avaient montré qu'il était possible d'associer deux IRM d'un même patient à plusieurs jours ou plusieurs semaines d'intervalle. Dans 95 % des cas, il était possible d'identifier une personne à partir de son empreinte cérébrale. Une nouvelle étude sur le sujet est parue en octobre 2021 dans Sciences Advances. Celle-ci s'intéresse tout particulièrement à l'évolution de nos empreintes cérébrales tout au long de l'examen d'IRM et aux zones cérébrales impliquées dans les différentes fonctions du cerveau.
Le connectome, une carte des réseaux neuronaux
En réalisant des IRM durant une période définie sur des personnes, les auteurs sont capables d'établir pour chacun d'entre eux une carte des réseaux neuronaux, appelée « connectome cérébral fonctionnel ».
“Ce n’est pas une image du cerveau, mais un ensemble de scores de corrélation”
Ce n'est pas une image du cerveau, mais un ensemble de scores de corrélation. Les scores de corrélation sont un outil statistique permettant de mesurer l'intensité et le sens de la relation entre deux variables.
Le connectome est une matrice colorée résumant l'activité cérébrale du sujet. En les analysant, il est possible de prédire quelle était l'activité du patient au moment de l'IRM : au repos ou en train d'effectuer une tâche. Les connectomes permettent de mieux comprendre quelles sont les zones du cerveau impliquées dans telle ou telle activité.
Par exemple, les parties sensorielles du cerveau transmettent des informations très rapidement : mouvementmouvement des yeuxyeux, perception visuelle, attention visuelle... À l'opposé, les régions du cortexcortex frontalfrontal, associées aux fonctions cognitives complexes, transmettent des informations plus tardivement.
Identifier l’empreinte cérébrale en 1 min 40 !
D'autres équipes avaient déjà réussi à établir l'empreinte cérébrale d'un cerveau, mais cela prenait plusieurs minutes. Les auteurs se sont posé la question suivante : au bout de combien de temps d'examen l'empreinte cérébrale apparaît-elle ? En testant différents temps d'examens, il s'est avéré que l'identification est possible en seulement 1 min 40 ! En effet, ce laps de temps est suffisant pour identifier avec certitude une personne.
Des applications dans les maladies neurologiques
L'identification des empreintes cérébrales pourrait permettre de détecter de façon précoce des affections neurologiques. Des applications sont aussi envisageables dans l’autisme, les toxicomanies, ou bien après un AVCAVC.
“En fait, le patient atteint de la maladie d’Alzheimer perd petit à petit son identité cérébrale”
Les auteurs ont comparé les empreintes cérébrales de patients atteints de la maladie d’Alzheimer et de patients sains. Plus la maladie était avancée, plus les éléments uniques composant l'empreinte cérébrale disparaissaient. Il devenait quasi impossible d'identifier un patient sur la base de son connectome. En fait, le patient atteint de la maladie d'Alzheimermaladie d'Alzheimer perd petit à petit son identité cérébrale.
Ces travaux permettent de comprendre encore un peu plus pourquoi le cerveau de chacun d'entre nous est unique !
Chaque humain aurait son « empreinte neurale »
Article de Claire PeltierClaire Peltier, publié le 28/04/2011
Tout comme les empreintes digitales ou génétiquesgénétiques, l'activité cérébrale au cours du sommeilsommeil pourrait, elle aussi, être propre à chacun de nous. L' « empreinte neurale » serait liée aux gènesgènes et pourrait permettre de prédire les risques de développer des maladies psychiatriques.
Chaque cerveau serait-il différent au point de posséder un motif d'activité cérébrale propre à chacun ? En d'autres termes, possédons-nous chacun une « empreinte neurale », à l'image des empreintes génétiquesempreintes génétiques ou digitales ? Ce sont du moins les conclusions de plusieurs études, dont une réalisée récemment sur des adolescents par des scientifiques de l'université Brown à Providence.
Les scientifiques ont recruté dix-neuf adolescents âgés de 9 à 10 ans, et vingt-six âgés de 15 à 16 ans, volontaires pour passer deux nuits consécutives dans le laboratoire. Grâce à des électrodesélectrodes placées sur la boîte crânienneboîte crânienne, les ondes cérébrales émises au cours de la nuit ont pu être détectées et enregistrées. De nouveaux enregistrements ont été effectués environ deux ans plus tard pour chaque individu, afin de comparer les premiers enregistrements aux seconds.
L’électroencéphalogramme, reflet de l’activité du cerveau
Les électroencéphalogrammes sont basés sur l'enregistrement, après amplification, des faibles signaux électriques produits par les neuronesneurones. Les tracés, qui sont caractérisés par une amplitude (en voltsvolts) et une fréquence (en hertzhertz), oscillent en fonction du temps, de l'activité cérébrale, et de l'endroit du crânecrâne où l'électrode est placée (et donc de la zone du cerveau étudiée). Au même moment, plusieurs électrodes enregistrent l'activité cérébrale, ce qui permet l'obtention d'un tracé multiple.
Au début de la nuit, le cerveau modifie son activité pour permettre le sommeil, qui est lui-même divisé en plusieurs phases identifiables. Les ondes les plus lentes (les ondes alpha) disparaissent habituellement, et laissent place aux ondes bêtabêta (plus rapides) ainsi qu'à d'autres ondes complexes. Au cours du sommeil plus profond, des ondes de faible fréquence apparaissent (les ondes deltadelta), excepté au cours du sommeil paradoxalsommeil paradoxal (durant lequel on rêve et où les yeux font des mouvements rapides) où des pics d'ondes bêta réapparaissent.
Des activités cérébrales différentes
Si ces tracés sont donc similaires d'un individu à un autre (comme les gènes et les chromosomeschromosomes), les scientifiques voulaient néanmoins savoir si de subtiles différences pouvaient exister (à l'image du polymorphisme génétiquepolymorphisme génétique) et pouvaient être mises en évidence par une observation plus fine des motifs.
Les données des électroencéphalogrammesélectroencéphalogrammes des adolescents étant disponibles, Leila Tarokh et Peter Achermann, des chercheurs de l'université de Zurich, ont pris le relais de l'étude. À l'aide d'un algorithme complexe, les tracés (les fréquences, les intensités, les motifs...) ont été comparés automatiquement par un ordinateurordinateur, qui a alors regroupé entre eux les tracés qui lui semblaient les plus similaires, sans savoir au départ de qui ils provenaient.
L’activité cérébrale, marqueur génétique ?
Pour la plupart, les quatre électroencéphalogrammes provenant d'un même individu ont été reconnus et regroupés, malgré les années séparant les deux groupes d'enregistrements. Si l'adolescenceadolescence a tendance à perturber fortement l'activité cérébrale, ces résultats montrent qu'un certain profil unique et identifiable reste malgré tout inchangé au fil du temps. Une précédente étude, basée sur des comparaisons des profils entre vrais et faux jumeaux (où les vrais jumeaux avaient des tracés plus similaires que les faux), avait d'ailleurs mis en évidence l'importance de la génétique dans les profils de l'activité cérébrale.
Les chercheurs, qui vont publier leurs travaux dans le prochain numéro de la revue Journal of Neuroscience, pensent avoir ouvert une porteporte permettant de découvrir des endophénotypes (des biomarqueurs psychiatriques d'origine génétique) qui pourraient prédire un potentiel développement de maladies psychiatriques comme la schizophrénieschizophrénie ou la dépression.
