Université de Sherbrooke - La tête n'a qu'à bien se tenir!

Pierre Vallée Collaboration spéciale

Ce texte fait partie du cahier spécial Université - Recherche avril 2012

Quel est le lien entre l'activité des cellules du cerveau et le flux sanguin qui les irrigue? Est-il le même dans toute région du cerveau? Voilà quelques-unes des questions que soulève Kevin Whittingstall, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en couplage neurovasculaire.

Professeur et chercheur à la Faculté de médecine et sciences de la santé de l'Université de Sherbrooke, Kevin Whittingstall a étonnamment acquis une formation en physique, ayant même fait ses études postdoctorales à l'Institut Max-Planck en Allemagne. «Je me dirigeais vers la physique quantique quand, vers la fin de mon bac, j'ai pris un cours qui faisait le rapprochement entre la physique et la santé, raconte-t-il. J'ai alors compris qu'on pouvait utiliser les lois de la physique pour mieux comprendre le fonctionnement du corps et décrire certains phénomènes biologiques. J'ai eu la piqûre et j'ai ensuite orienté mes études et mes recherches dans cette direction.»

Aujourd'hui, la recherche scientifique de Kevin Whittingstall porte sur le couplage neurovasculaire, c'est-à-dire le lien entre l'activité neuronale et le flux sanguin. «Lorsqu'une activité neuronale est déclenchée, elle est suivie d'une augmentation du débit sanguin. Je cherche d'abord à comprendre cette relation et ensuite à voir si elle fonctionne de la même manière dans toutes les régions du cerveau. Par exemple, dans une région du cerveau très vascularisée comme le cervelet, est-ce qu'il y a une différence dans le couplage neurovasculaire?»

Instrument de mesure non invasif

Afin d'observer le couplage neurovasculaire, Kevin Whittingstall a mis en place un ingénieux dispositif de mesure non invasif. L'activité neuronale est mesurée au moyen d'un électro-encéphalogramme (EEG) et le flux sanguin, grâce à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). «Ces deux technologies sont déjà utilisées en neurosciences, mais souvent chacune de son côté. Dans mon cas, je les combine.»

Non seulement les technologies sont-elles combinées, mais elles sont utilisées simultanément. En effet, avant de se glisser dans le scanneur, la personne examinée revêt un casque à électrodes relié à un EEG. «Une fois dans le scanneur, on demande à la personne de faire un calcul mathématique ou de penser à un souvenir d'enfance. On voit aussitôt où l'activité neuronale a lieu et on peut mesurer le flux sanguin. Comme cet examen ne nécessite aucune injection ou autres mesures invasives, on peut donc sans crainte répéter l'expérience autant de fois qu'on le veut.»

Les données recueillies lors de l'examen sont astronomiques. Le casque EEG compte 100 électrodes et le scanneur est d'une grande précision. C'est ici que les connaissances en physique de Kevin Whittingstall entrent en jeu. À l'aide de lois physiques, telles que celles qui régissent l'électromagnétisme, Kevin Whittingstall élabore des modèles mathématiques et informatiques qui ensuite permettent d'interpréter les données et de créer un portrait très précis du couplage neurovasculaire.

Atlas du cerveau neurovasculaire

Présentement, tous les tests effectués l'ont été sur des personnes saines sans pathologie neurologique. «La première étape de la recherche consiste à cartographier le couplage neurovasculaire de la totalité du cerveau d'une personne saine. C'est une sorte d'atlas qui servira ensuite comme benchmark ou point de référence. La seconde étape de la recherche sera alors d'effectuer les mêmes tests sur des personnes atteintes d'une maladie neurologique. En comparant les résultats de ces tests avec ceux de l'atlas, on sera en mesure de voir s'il y a une différence marquée entre le couplage neurovasculaire de la personne saine et celui de la personne atteinte d'une maladie. Il sera aussi possible de connaître le couplage neurovasculaire pour chacune des pathologies qu'on examinera.»

Déjà, les premiers résultats de la recherche sur les personnes saines ont permis de dégager certains constats. «Entre le moment où se déclenche l'activité neuronale et l'arrivée du nouveau sang oxygéné, il y a un délai qu'on a pu mesurer et qui se situe entre quatre et six secondes. Cela amène aussitôt la question suivante. Est-ce que ce délai est le même chez les personnes atteintes d'une maladie neurologique? On le saura à la prochaine étape de la recherche, mais je soupçonne déjà que c'est un facteur qui va jouer. Par exemple, est-ce que le délai est plus long chez les personnes malades? Est-ce que ce délai plus long joue un rôle dans la maladie?» Si tel était le cas, on pourrait alors raffiner l'approche thérapeutique en prescrivant un médicament vasodilatateur, ce qui aurait pour effet d'augmenter le flux sanguin.

La recherche sur le couplage neurovasculaire aura aussi d'autres retombées, notamment dans le domaine du traitement des tumeurs cérébrales. Une meilleure connaissance de la neurovascularisation et un portrait précis de la vascularisation de la région tumorale permettront au chirurgien d'effectuer une exérèse plus précise de la tumeur en réduisant le risque d'endommager les tissus sains. «Notre test pourra aussi être utile dans le traitement des tumeurs par radiothérapie. Une fois le traitement par radiothérapie complété, on pourra faire passer le test au patient afin de voir si le couplage neurovasculaire est redevenu normal, ce qui serait une indication de plus que le traitement de radiothérapie a fonctionné.»

Les tests de couplage neurovasculaire pourraient aussi servir à l'étude de certaines maladies neurologiques et peut-être à une meilleure compréhension de ces maladies. «Je pense ici à des maladies comme l'autisme chez l'enfant, la schizophrénie et la maladie d'Alzheimer. Est-ce qu'un mauvais couplage neurovasculaire joue un rôle dans ces maladies?»

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Collaborateur du Devoir