Les scientifiques ont découvert que les signaux du cerveau humain forment des spirales tourbillonnantes sur la couche externe du tissu neural, qui jouent un rôle crucial dans l’organisation de l’activité cérébrale et des processus cognitifs. Cette découverte, basée sur les analyses IRMf, pourrait faire progresser notre compréhension de la dynamique cérébrale, conduisant potentiellement à de meilleurs modèles informatiques et à une meilleure compréhension des maladies cérébrales comme la démence.
Les résultats ont le potentiel de faire progresser à la fois l’informatique et la compréhension du cerveau.
Des scientifiques de l’Université de Sydney et de l’Université Fudan ont découvert que des signaux cérébraux humains traversaient la couche externe du tissu neural et s’organisaient naturellement pour ressembler à des spirales tourbillonnantes.
Publié dans la revue Comportement humainl’étude suggère que ces schémas en spirale répandus, observés à la fois au repos et pendant l’activité cognitive, jouent un rôle dans l’organisation des fonctions cérébrales et des processus cognitifs.
L’auteur principal, le professeur agrégé Pulin Gong, de l’École de physique de la Faculté des sciences, a déclaré que cette découverte pourrait potentiellement faire progresser de puissantes machines informatiques inspirées du fonctionnement complexe du cerveau humain.
Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour comprendre le fonctionnement du cerveau et fournit des informations précieuses sur les fonctions fondamentales du cerveau humain. Cela pourrait aider les chercheurs en médecine à comprendre les effets des maladies cérébrales, telles que la démence, en examinant le rôle qu’elles jouent.
Recréation visuelle des spirales cérébrales traversant le cortex. Crédit : Gong et al.
« Notre étude suggère que mieux comprendre comment les spirales sont liées au traitement cognitif pourrait améliorer considérablement notre compréhension de la dynamique et des fonctions du cerveau », a déclaré le professeur agrégé Gong, membre du groupe de recherche sur les systèmes complexes en physique.
« Ces motifs en spirale présentent une dynamique complexe et complexe, se déplaçant à la surface du cerveau tout en tournant autour de points centraux appelés singularités de phase.
« Tout comme les vortex agissent dans la turbulence, les spirales s’engagent dans des interactions complexes, jouant un rôle crucial dans l’organisation des activités complexes du cerveau.
« Les interactions complexes entre plusieurs spirales coexistantes pourraient permettre d’effectuer des calculs neuronaux de manière distribuée et parallèle, conduisant à une efficacité informatique remarquable. »
L’étudiant au doctorat Yiben Xu, auteur principal de la recherche à l’École de physique, a déclaré que l’emplacement des spirales sur le cortex pourrait leur permettre de relier l’activité dans différentes sections, ou réseaux, du cerveau – agissant comme un pont de communication. La plupart des spirales sont suffisamment grandes pour couvrir plusieurs réseaux.
De multiples spirales en interaction organisent le flux de l’activité cérébrale. Crédit : Gong et al.
Le cortex cérébral, également connu sous le nom de cortex cérébral, est la couche la plus externe du cerveau qui est responsable de nombreuses fonctions cognitives complexes, notamment la perception, la mémoire, l’attention, le langage et la conscience.
« L’une des caractéristiques clés de ces spirales cérébrales est qu’elles émergent souvent aux frontières qui séparent les différents réseaux fonctionnels du cerveau », a déclaré M. Xu.
« Grâce à leur mouvement de rotation, ils coordonnent efficacement le flux d’activité entre ces réseaux.
« Dans nos recherches, nous avons observé que ces spirales cérébrales en interaction permettent une reconfiguration flexible de l’activité cérébrale lors de diverses tâches impliquant le traitement du langage naturel et la mémoire de travail, ce qu’elles réalisent en changeant leurs sens de rotation. »
Les scientifiques ont rassemblé leurs résultats à partir de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) des scintigraphies cérébrales de 100 jeunes adultes, qu’ils ont analysées en adaptant les méthodes utilisées pour comprendre les modèles d’ondes complexes en turbulence.
Les neurosciences se concentrent traditionnellement sur les interactions entre les neurones pour comprendre le fonctionnement du cerveau. De plus en plus de recherches scientifiques s’intéressent aux processus plus vastes du cerveau pour nous aider à comprendre ses mystères.
« En perçant les mystères de l’activité cérébrale et en découvrant les mécanismes régissant sa coordination, nous nous rapprochons de la libération du plein potentiel de compréhension de la cognition et du fonctionnement cérébral », a déclaré le professeur agrégé Gong.
