Dans les dédales du cerveau

Jean-François Venne Collaboration spéciale
Concordia abrite depuis l’été dernier une fonderie de génomes. Premier laboratoire du genre au pays, il permet notamment l’automatisation afin d’accélérer la recherche en biologie synthétique.
Photo: Université Concordia Concordia abrite depuis l’été dernier une fonderie de génomes. Premier laboratoire du genre au pays, il permet notamment l’automatisation afin d’accélérer la recherche en biologie synthétique.

Ce texte fait partie d'un cahier spécial.

Depuis 20 ans, le professeur en génie électrique de l’École de technologie supérieure (ETS) Jean-Marc Lina s’intéresse au potentiel de la neuro-imagerie électromagnétique pour résoudre l’énigme du cerveau humain. « Nous pouvons aujourd’hui mesurer assez précisément le processus bioélectrique de l’activité cérébrale à l’extérieur de la tête, et mon travail consiste notamment à interpréter ces signaux électriques et à contribuer à l’utilisation de ces connaissances dans des applications biomédicales », explique-t-il.

Le chercheur utilise avec l’électroencéphalographie (EEG) une méthode qui consiste à placer des électrodes sur le cuir chevelu d’un individu afin de capter les signaux électriques de son cerveau. Il emploie aussi une méthode moins répandue et plus coûteuse : la magnétocéphalographie (MEG). Il n’existe que deux machines à Montréal pour produire des mesures de ce type. Il s’agit de mesurer les champs magnétiques produits par l’activité électrique des neurones du cerveau, lesquels se comptent par milliards. Ensemble, toutes ces données aident à cartographier assez précisément le fonctionnement du cerveau.

« Il y a dans le cerveau des activités localisées, raconte le chercheur. Par exemple, lorsque vous écoutez quelqu’un, la région responsable de l’audition s’active, de même qu’une autre région plus frontale, laquelle aide à comprendre ce qui est dit. Cependant, il y a aussi un réseau de communications, dont le rôle est d’intégrer l’ensemble de ces tâches. »

Décoder l’épilepsie

Les travaux de M. Lina visent notamment à améliorer les chirurgies effectuées sur des patients épileptiques. L’épilepsie se contrôle avec des médicaments, mais certains patients ne réagissent pas à ces traitements. La chirurgie devient donc l’ultime recours pour ces malades « pharmacorésistants ».

Cependant, il faut pouvoir reconnaître les zones du cerveau responsables de la maladie et opérer sans affecter d’autres régions, par ailleurs essentielles au bon fonctionnement de l’individu. Lorsque le Dr Wilder Penfield (1891-1976) commence à effectuer des opérations au cerveau sur des patients épileptiques au milieu du siècle dernier, il réussit à atténuer les symptômes de l’épilepsie chez plusieurs d’entre eux. Toutefois, certains souffrent ensuite de paralysie, de troubles du langage ou de problèmes de mémoire.

Pour éviter cela, il faut procéder avec doigté et surtout en comptant sur des données précises, obtenues de manières non invasives. Le professeur Lina a développé avec Christophe Grova, un collègue de l’Université Concordia, une approche aidant à évaluer les régions cérébrales responsables de l’épilepsie.

Cependant, les connaissances évoluent sans cesse. Les chercheurs croient aujourd’hui que l’épilepsie est peut-être plus liée à l’activité intégrée que locale. Cela pourrait compliquer la chirurgie de l’épilepsie, puisque cela signifierait qu’opérer une seule région ne suffirait plus pour guérir le patient. « Mon travail consiste justement à déterminer si l’épilepsie est liée au réseau ou à une région du cerveau en particulier, il reste du travail à faire sur ce plan », précise le professeur.

Sommeil réparateur

Si le professeur Lina a consacré de nombreuses recherches à l’épilepsie, il a un nouveau sujet d’étude depuis quelques années : les troubles du sommeil. La nuit fait bien plus que porter conseil. Pendant notre sommeil, le cerveau accomplit de nombreuses tâches importantes, comme éliminer les bêta-amyloïdes. Cette protéine cérébrale est toxique, et de nombreuses recherches la lient au développement de la maladie d’Alzheimer. Pendant la nuit, le cerveau consolide aussi la mémoire, améliorant ainsi les capacités d’apprentissage et l’activité cognitive.

M. Lina collabore avec la chercheuse de l’Université de Montréal, Julie Carrier, grande spécialiste canadienne des troubles du sommeil. Avec les outils de mesure électromagnétiques, ils tentent de décoder le sommeil et le vieillissement. En vieillissant, l’individu voit son sommeil s’altérer et l’anatomie même de son cerveau se modifier. Les chercheurs souhaitent comprendre le sommeil et le vieillissement normaux, afin de décoder les signaux d’apparition de pathologies comme la maladie de Parkinson ou d’Alzheimer. « Le sommeil constitue un magnifique laboratoire, car l’activité cérébrale n’y est plus dirigée par l’individu, elle fonctionne en roue libre », souligne M. Lina.

En rêvant un peu, le chercheur pense qu’il sera peut-être possible un jour d’agir pendant le sommeil, à l’aide d’appareils, afin de pallier les déficits du cerveau vieillissant. Il aimerait aussi contribuer au développement d’applications permettant, grâce à des mesures électromagnétiques, de détecter l’arrivée de pathologies comme la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson avant même l’apparition des premiers symptômes ou encore d’analyser la qualité du sommeil à partir d’un matelas équipé de capteurs.

« Nous avons la chance, à Montréal, d’avoir une masse critique en neurosciences avec beaucoup de ressources, tant sur le plan des chercheurs que des équipements, et nous réussissons assez bien à faire fructifier toute cette expertise », conclut-il.