De nombreuses maladies neurodégénératives se propagent en détournant les circuits conjonctifs du cerveau pour transporter des protéines toxiques, qui s'accumulent progressivement et déclenchent des symptômes de démence. Maintenant, des chercheurs du Stevens Institute of Technology et leurs collègues ont modélisé la façon dont ces protéines toxiques se propagent dans le cerveau pour reproduire les schémas révélateurs d'atrophie associés à la maladie d'Alzheimer, La maladie de Parkinson, et la sclérose latérale amyotrophique, ou SLA.

L'oeuvre, à paraître dans le numéro du 12 octobre de Lettres d'examen physique , pourrait ouvrir une nouvelle frontière dans la modélisation du cerveau informatique, car il met en évidence une première étape vers le rapprochement des approches micro et macro, de l'interaction de molécules individuelles à l'analyse d'images médicales de l'ensemble du cerveau. Il peut également élargir la compréhension fondamentale de ces maladies, qui devrait affecter plus de 12 millions d'Américains au cours des 30 prochaines années si rien n'est fait.

"Il s'agit d'une première tentative pour établir un pont entre le niveau cellulaire et le niveau de l'organe entier, " dit l'auteur principal Johannes Weickenmeier, professeur de génie mécanique à Stevens. "La clé est de coupler la biochimie à la biomécanique du cerveau pour mieux comprendre la dynamique de ces maladies."

En tant que chercheur postdoctoral, Weickenmeier a été le pionnier d'une technique pour construire un cerveau numérique en utilisant un logiciel de modélisation 3D pour organiser plus de 400, 000 blocs virtuels en forme de pyramide, reconstruire bloc par bloc la structure fortement pliée et incurvée. "C'est une forme d'art, " dit Weickenmeier. " Reconstituer tous ces plis individuels est assez difficile. "

Il a ensuite superposé son modèle avec des données glanées à partir de l'imagerie du tenseur de diffusion, qui révèle les directions des signaux traversant le cerveau. Certaines structures cérébrales transportent des signaux principalement dans des directions spécifiques, ainsi le modèle numérique capture non seulement les caractéristiques anatomiques du cerveau, mais aussi la façon dont les signaux électrochimiques les traversent.

Pour modéliser la propagation des protéines toxiques dans le cerveau, Weickenmeier et son équipe, y compris ses collègues Ellen Kuhl de Stanford et Alain Goriely d'Oxford, utilisé des équations similaires à celles qui décrivent comment la chaleur se diffuse à travers les matériaux.