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Résultat scientifique | Cerveau

La géométrie chaotique du sillon temporal supérieur est contrôlée génétiquement


​Des chercheurs de NeuroSpin (UNATI et UNICOG), en collaboration avec l'institut des Neurosciences de la Timone, ont étudié un type de variation anatomique individuelle de la structure du cortex humain, le gyrus transverse ou « pli de passage », qui sépare les sillons en deux parties. Ils ont montré que la présence de cette structure dans le sillon temporal supérieur est héritable. Ce résultat est important, compte tenu du rôle de cette région du cerveau dans la production du langage.

Publié le 5 juin 2018

​La surface du cortex humain est plissée : elle présente des vallées (ou sillons) et des bosses (ou gyri), orientées de manière assez semblable chez toutes les personnes mais avec de nombreuses variations individuelles locales. Parmi les sillons, le sillon temporal supérieur (STS) est important dans le cerveau humain, puisqu'associé à la production du langage. Ainsi, en IRM fonctionnelle, on observe tout le long de ce sillon des activations du cerveau, lors de tâches liées au langage. Comme l'avait supposé Broca et Wernicke au 19ème siècle, en étudiant des cerveaux post-mortem de personnes présentant des troubles du langage, ces activations sont en général latéralisées dans l'hémisphère gauche du cerveau. Un corrélat structurel de cette latéralisation est l'asymétrie de profondeur du STS, qui est observé dès la naissance chez l'homme mais pas chez le chimpanzé. Une cause probable de cette asymétrie est la présence plus fréquente de « plis de passage » dans le STS de l'hémisphère gauche.

Dans cette étude, les chercheurs ont développé un processus automatique d'analyses d'images IRM permettant l'extraction des « plis de passage » dans les sillons du cerveau. Dans un premier temps, ce processus extrait les racines sulcales (les sillons primordiaux), qui se trouvent au fond des sillons. Ces racines sont alors utilisées comme repères anatomiques pour se situer, sans intervention manuelle, sur le cortex humain et permettre d'identifier la présence (ou non) d'un « pli de passage » entre deux de ces repères appartenant à un même sillon (Figure 1).













Figure 1 : Processus automatique calculant le profil de profondeur du sillon temporal supérieur (STS), présenté sur un sujet unique. Les étapes (a-c) permettent d'établir les domaines (patches colorés) dans lesquels se trouvent les racines sulcales en moyenne dans la population des 820 sujets du HCP. Ces patches sont re-projetés sur chaque individu (d) pour retrouver les racines STs_b et STs_d individuelles qui servent de repères anatomiques automatiques (départ/fin) du chemin du fond de sillon tracé en rouge sur (e). Le long de ce chemin, on peut évaluer une profondeur et suivre son évolution.



Ce processus a été utilisé sur les IRM de 820 sujets du Human Connectome Project (HCP). Les résultats obtenus ont permis d'établir que la région asymétrique du STS contient en moyenne 42% de « plis de passage » en plus dans l'hémisphère gauche. De plus, les auteurs ont montré que la présence de cette structure est héritable, c'est-à-dire sous contrôle génétique (Figure 2).




















Figure 2 : Différents types de STS observés dans cette étude. A droite, les graphes représentent les courbes de profondeur évaluée le long des chemins tracés en rouge pour les hémisphères droits et gauches (figures de gauche). Les proportions des quatre configurations de présence (seconde, troisième et quatrième lignes, flèches noires) ou d'absence (première ligne) d'un « pli de passage » sont indiquées. Chez les sujets considérés dans l'étude, une forte proportion (48,7%) présente la configuration asymétrique 2.


Ces résultats suggèrent que l'architecture du réseau linguistique comporte des contraintes structurales. La physiologie des « plis de passage » est encore peu connue mais il est traditionnellement supposé que ce gyrus transverse corresponde à une densité importante de fibres de matière blanche, qui entraîne la formation de cette « bosse » sur le cortex. Ces fibres sont responsables de la transmission de l'information entre les régions de notre cerveau. Une densité plus importante dans l'hémisphère gauche pourrait supporter l'efficacité des processus cognitifs associés au langage.

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