How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

Traducteur: Elisabeth Buffard Relecteur: ludovic benistant

As far as we know,

Pour autant qu'on sache,

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

une seule chose dans notre système solaire

est assez sophistiquée pour s'étudier elle-même :

the human brain.

le cerveau Humain.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Mais cette auto-investigation est un sacré défi ;

a living brain is shielded by a thick skull,

un cerveau vivant est protégé par un crâne épais,

swaddled in layers of protective tissue,

enveloppé de couches de tissus protecteur

and made up of billions of tiny, connected cells.

et fait de milliards de minuscules cellules connectées.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

C'est pourquoi il est très difficile de l'isoler,

l'observer, et comprendre des maladies comme l'Alzheimer.

like Alzheimer’s.

So how do we study living brains without harming their owners?

Alors comment étudier des cerveaux vivants

sans nuire à leurs possesseurs ?

We can use a trio of techniques called EEG,

On peut recourir à un trio de techniques appelées EEG ,

fMRI,

fMRI

and PET.

et PET.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

Chacune mesure quelque chose de différent et a ses propres forces et faiblesses,

and we’ll look at each in turn.

que nous allons examiner.

First is EEG, or electroencephalography,

D'abord l'EEG, ou électroencéphalographe,

which measures electrical activity in your brain.

qui mesure l'activité électrique du cerveau.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Quand les neurones communiquent, ils produisent des ondes électriques.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Des électrodes placées sur le crâne relèvent ces ondes,

and differences in the signals detected between electrodes

et les différences entre les signaux détectés entre les électrodes

provide information about what’s happening.

fournissent des informations sur ce qu'il se passe.

This technique was invented almost 100 years ago,

La technique a été inventée il y a presque 100 ans,

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

et on s'en sert toujours pour diagnostiquer des conditions

telles que l'épilepsie et les troubles du sommeil.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

On s'en sert aussi pour chercher quelles zones du cerveau sont actives

during learning or paying attention.

quand on apprend ou qu'on prête attention.

EEG is non-invasive,

L'EEG est non invasif,

relatively inexpensive,

relativement peu coûteux,

and fast:

et rapide :

it can measure changes that occur in just milliseconds.

il peut mesurer les changements qui se produisent en millisecondes.

Unfortunately, it’s hard to determine

Malheureusement, il est difficile de déterminer exactement

exactly where any particular pattern originates.

d'où partent des modèles particuliers.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Les signaux électriques sont constamment générés dans tout le cerveau

and they interact with each other to produce complex patterns.

et ils interagissent pour produire des modèles complexes.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

On peut avoir recours à plus d'électrodes

ou à des algorithmes de traitement des données.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

Mais au final, alors que l'EEG peut dire précisément

quand une certaine activité se produit,

it can’t tell you precisely where.

il ne peut pas dire précisément où.

To do that, you’d need another technique,

Pour ce faire, il faut une autre technique,

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

comme l'imagerie de résonance magnétique fonctionnelle ou IMRf.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

L'IMRf mesure à quelle vitesse l'oxygène est consumé par les neurones.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

Les zones actives du cerveau utilisent l'oxygène plus vite.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

Regarder une IRMf pendant qu'une personne

accomplit des tâches cognitives ou comportementales

can provide information about which regions of the brain might be involved.

peut fournir des informations

sur les régions du cerveau qui pourraient être impliquées.

That allows us to study everything from how we see faces

Cela permet de tout étudier, de notre perception des visages

to how we understand what we’re feeling.

à notre compréhension de ce que nous ressentons.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

L'IRMf peut localiser les différences dans l'activité cérébrale

à quelques millimètres près,

but it’s thousands of times slower than EEG.

mais elle est des milliers de fois plus lente que l'EEG.

Using the two techniques together

Utiliser les deux techniques ensemble

can help show when, and where, neural activity is occurring.

peut aider à montrer quand et où l'activité neuronale se produit.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

La troisième technique, encore plus précise,

s'appelle tomographie par émission de positrons

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

et mesure les éléments radioactifs introduits dans le cerveau.

That sounds much scarier than it actually is;

Cela semble beaucoup plus effrayant que ça l'est en réalité ;

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

Les scanners TEP, tels que l'IRMf et l'EEG, sont totalement sûrs.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

Lors d'un PET scan, une petite quantité de matière radioactive appelée traceur

is injected into the bloodstream,

est injectée dans la circulation sanguine,

and doctors monitor its circulation through the brain.

et les médecins suivent sa circulation à travers le cerveau.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

En modifiant le traceur pour le lier à des molécules spécifiques,

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

les chercheurs peuvent utiliser la TEP

pour étudier la chimie complexe de notre cerveau.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

C'est utile pour étudier comment les médicaments affectent le cerveau

and detecting diseases like Alzheimer’s.

et détecter des maladies comme la maladie d'Alzheimer.

But this technique has the lowest time resolution of all

Mais cette technique a la plus faible résolution temporelle de toutes

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

car il faut quelques minutes pour que le traceur circule

et que les changements se manifestent.

These techniques collectively help doctors and scientists

Ces techniques aident collectivement les médecins et les scientifiques

connect what happens in the brain with our behavior.

à connecter ce qu'il se passe dans le cerveau à notre comportement.

But they’re also limited by how much we still don't know.

Mais elles sont aussi limitées par tout ce qu'on ignore encore.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

Par exemple, disons que les chercheurs s'intéressent

à l'étude du fonctionnement de la mémoire.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

Après avoir demandé à 50 participants

de mémoriser une série d'images dans des scanners IRM,

the researchers might analyze the results

les chercheurs pourraient analyser les résultats

et découvrir un certain nombre de régions actives du cerveau.

and discover a number of active brain regions.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Etablir un lien entre la mémoire et des parties spécifiques du cerveau

is an important step forward.

est un pas en avant important.

But future research would be necessary

Mais de futures recherches seraient nécessaires

to better understand what’s happening in each region,

pour mieux comprendre ce qu'il se passe dans chaque région,

how they work together,

comment elles collaborent

and whether the activity is because of their involvement in memory

et si l'activité résulte de leur implication dans la mémoire

or another process occurring simultaneously.

ou d'un autre processus se produisant simultanément.

More advanced imaging and analysis technology

Des technologies d'imagerie et d'analyse plus avancées

might one day provide more accurate results

pourrait un jour fournir des résultats plus précis

and even distinguish

et même distinguer

the activity of individual neurons.

l'activité des neurones individuels.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

Jusque-là, notre cerveau continuera à mesurer, analyser et innover

in pursuit of that quest to understand

à la poursuite de cette quête pour comprendre

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

l'une des choses les plus remarquables jamais rencontrées.