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Separer les differents phenotypes biologiques des réseaux de la conscience visuelle. – Phenotypes

Fractioning the phenotype of the biology of the visual Conscious networks.

Nothing defines the functioning of the brain better that the nature of its inputs and outputs. Our ANR assesses whether we all having the same visual conscious networks through the measure of the brain connectivity (part 1) and whether differences in connectivity can characterize a better recovery after a brain damage (part2).

Understanding the brain through its connections and disconnections.

The ANR Phenotype has for objective to explore the fundamental elements that constitute our consciousness. The main hypothesis is that structural connectivity in the brain is the elemental base of high cognitive function built from the interaction between primary cognitive processes, with at the top of this hierarchy, the singularity of consciousness. The project is funded for 4 years. The first part of the project is about identifying the different conscious perception’s phenotypes (i.e. Phenotype I) and the second part is dedicated to the investigation of the interaction between conscious perception’s phenotypes and the recovery from conscious perception disorders after a stroke in the right hemisphere (i.e. Phenotype II).

We employed various approaches to measure the brain connectivity in healthy controls and brain disconnection in patients.
We setup advanced magnetic resonance sequences to quantify the strength of the white matter connections (functional connectivity between the projections), their myelination (T1/T2 ratio) as well as their density (hindrance modulated orientational anisotropy). These measures will be correlated to original measures of conscious perception in healthy controls and patients. We developed a new software suite, the BCBtoolkit available freely at the following link www.brainconnectivitybehaviour.eu. BCBtoolkit allows for advanced measure of white matter connections in patients with a brain damage

For the first time, we mapped new white matter connections in the human brain (Rojkova et al. 2015), applied this new knowledge through the use of our software to the evaluation of the recovery of patients with a brain damage in the left (Forkel et al. 2014) and the right side of the brain (Lunven et al. 2015) as well as in keystone neurological patients (Thiebaut de Schotten et al. 2015). Our main conclusion is that the disruption of white matter pathways is the main denominator for most of the disfunctioning of the damaged human brain and consequently the functioning of the healthy human brain.

We are now tackling the core part of the project, which is to identify different white matter phenotypes within the healthy population and to relate these phenotypes to different brain functioning. We are currently analyzing data acquired from 35 healthy volunteers and we are starting to collect high-resolution longitudinal data from patients with a stroke in the right hemisphere.

We produced 8 papers in good journals (impact factor > 5), submitted 5 additional papers, released a new analysis software (BCBtoolkit, www.brainconnectivitybehaviour.eu) and obtained two prizes (Elisabeth Warrington www.the-bns.org and Cortex www.fesn.eu

Quand nous cherchons un ami dans la foule ou évitons un danger soudain, une sélection d’informations visuelles accèdent prioritairement à notre conscience. Cependant cet accès est interrompu dans certaines conditions neurologiques qui affectent sévèrement la qualité de vie de plusieurs milliers de patients. Par exemple, 80% des cas d’accident vasculaire cérébral droit montrent des troubles de la perception consciente qui conduisent à des symptômes neuropsychologiques handicapants tels que l’héminégligence.
Les patients héminégligents semblent vivre dans un monde amputé d’une moitié; ils ne mangent pas la partie gauche de leur plat, ne voient pas les obstacles situés sur le côté gauche, mais plus important encore, la vie quotidienne d’un patient héminégligent présente plusieurs dangers, qui incluent des risques d'accidents de la route et des chutes graves. Seulement 40% des patients héminégligents récupèrent dans les 6 mois qui suivent leur accident vasculaire. Cela signifie que 480.000 nouveaux patients européens resteront héminégligents chaque année, ce qui nuit à leur qualité de vie et les empêche de retourner au travail. L'identification précoce des prédicteurs anatomiques de la récupération des troubles de la perception consciente peut réduire considérablement le fardeau de la maladie sur les individus, leurs familles et la société en général, et amènera à la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques traitables.

L'expérience visuelle consciente semble recruter un réseau cortical fronto-pariétal, mais les progrès dans ce domaine ont été entravés par l'incapacité à visualiser les connexions de substance blanche assurant la communication entre les aires de ce réseau. Au cours de mon post-doctorat au King’s College à Londres, j'ai mis au point de nouvelle méthodes non invasives d'imagerie par résonance magnétique (IRM) qui permettent de reconstruire les voies fronto-pariétales dans le cerveau humain vivant. Grâce à ces outils, je tiens à définir la connectivité anatomique et découvrir les caractéristiques dynamiques du réseau de la conscience visuelle dans le cerveau humain vivant.

Pour ce faire, je propose deux objectifs principaux: i) Définir la biologie des réseaux de la conscience visuelle chez l’être humain sain et fractionner son phénotype ii) Trouver les marqueurs biologiques associés à la récupération de l’héminégligence.
Trois mesures de connectivité différentes, mais complémentaires seront utilisées pour atteindre les objectifs du projet. (1) Des modèles avancés d’analyse des images pondérées en diffusion seront appliqués pour reconstruire les connexions anatomiques du réseau et de caractériser leurs propriétés biologiques (par exemple, la densité axonale, HMOA et le diamètre axonal, AXcaliber). (2) D’autres analyses en composantes multiples de la relativité de la résonnance magnétique (MCR) seront utilisées pour quantifier T1, T2 et extraire un indice de la myélinisation des connexions cérébrales. (3) De plus, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) combinée à la modélisation dynamique de causalité (DCM) nous donnera une image dynamique du réseau qui prend en charge de la perception consciente dans les cerveaux sains et pathologiques.

Ces premières études me permettront de déterminer si les mesures de la «connectivité» du cerveau peuvent se traduire en méthodes de suivit et de traitement normalisés pour une médecine plus personnalisée, en aidant le diagnostic clinique, et en aidant à prévoir l’évolution des symptômes chez les patients.

Coordinateur du projet

Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale

Aide de l'ANR 239 928 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2014 - 48 Mois

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