Les troubles de la conscience regroupent un ensemble d’atteintes neurologiques qui altèrent la capacité d’une personne à percevoir son environnement, à interagir avec celui-ci ou à répondre à des stimulus. Certaines personnes semblent être éveillées, mais ne manifestent aucune réaction à leur entourage, tandis que d’autres présentent des signes de conscience fluctuants ou très limités – par exemple lorsqu’elles sont dans le coma.
Ces troubles peuvent notamment survenir à la suite d’un traumatisme crânien, d’un accident vasculaire cérébral ou de certaines maladies neurologiques. Leur diversité représente un défi majeur pour les équipes cliniques, chaque patient ayant un profil de lésions et un potentiel de récupération qui lui sont propres.
Reproduire un cerveau lésé… dans un ordinateur
Pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à ces états complexes, l’équipe de recherche a conçu un modèle informatique du cerveau fondé sur des neurones biologiquement réalistes. Contrairement aux neurones artificiels utilisés en intelligence artificielle, qui sont des unités mathématiques très simplifiées, chaque neurone du modèle reproduit le comportement électrique d'un neurone biologique: il émet des impulsions, appelées «potentiels d'action» ou spikes, et communique avec les autres neurones par des connexions synaptiques. Comme dans le cerveau humain, la majorité de ces neurones sont excitateurs, c'est-à-dire qu'ils favorisent la transmission des signaux nerveux, tandis qu'une plus petite proportion est inhibitrice et contribue à réguler cette activité.
L’équipe a ensuite simulé des lésions différemment étendues et localisées, touchant les neurones excitateurs, inhibiteurs ou les deux à la fois. En analysant leurs effets sur l’activité du réseau, les chercheurs ont pu explorer diverses hypothèses et ainsi mieux comprendre comment les circuits neuronaux réagissent à différentes perturbations physiologiques. Cette approche offre un environnement contrôlé pour étudier les conséquences des lésions et les mécanismes susceptibles de favoriser la récupération des fonctions cérébrales.
«Nous n’avons pas accès directement aux mécanismes moléculaires et neuronaux en action dans le cerveau d’une personne vivant avec un trouble de la conscience, explique Guillaume Dumas. Le modèle nous permet de reproduire certains de ces phénomènes et d’explorer des scénarios qui seraient impossibles à étudier autrement.»
Comment fonctionnent les mécanismes de récupération
Les simulations de lésions ont révélé un résultat surprenant: dans certaines configurations de lésions cérébrales, l’activation des neurones inhibiteurs, qui régulent et freinent l’activité d’autres neurones, permettait au cerveau virtuel de retrouver un niveau de fonctionnement beaucoup plus élevé que prévu. Malgré des dommages importants, les circuits neuronaux simulés parvenaient à se réorganiser de façon plus efficace. Ces résultats laissent entendre que, dans certains cas, favoriser un effet apaisant sur l’activité cérébrale pourrait être plus bénéfique que de chercher à la stimuler. Autrement dit, aider le cerveau à ralentir pourrait parfois contribuer davantage à sa récupération que tenter de le «réveiller».
«J’ai été surpris par l’ampleur observée de la récupération du modèle, dit Francesco Achilli, premier auteur de l’article. En tant que psychiatre, ce qui m’intéresse avant tout, c’est ce que ces résultats pourraient signifier pour les patients. Même une récupération partielle peut représenter un gain considérable pour une personne atteinte d’un trouble de la conscience.»
Ces travaux montrent que les neurones inhibiteurs jouent un rôle plus important qu’on le croyait dans le maintien et le rétablissement de certains états de conscience.
Un outil prometteur pour la recherche et la clinique
Au-delà de ses résultats scientifiques, cette étude démontre le potentiel de la modélisation informatique pour faire progresser la recherche sur les troubles de la conscience. En permettant de tester virtuellement différentes hypothèses et d’explorer l’effet de diverses interventions sur des cerveaux simulés, cette approche pourrait aider à mieux comprendre pourquoi certaines personnes récupèrent davantage que d’autres.
Bien que des validations supplémentaires soient nécessaires, ces travaux constituent une étape importante vers une compréhension plus fine des mécanismes de la conscience. À terme, de tels modèles pourraient contribuer à la mise au point d’approches thérapeutiques plus personnalisées tout en rapprochant la recherche fondamentale de la pratique clinique au bénéfice des personnes vivant avec des atteintes cérébrales importantes.
