La « pierre de Rosette » de la paléoneurologie - PaléoBrain

La « pierre de Rosette » de la paléoneurologie
Analyser, déchiffrer et interpréter les endocrânes de spécimens fossiles d’hominidés?
La « pierre de Rosette » de la paléoneurologie : une étude détaillée du lien entre le cerveau et l’endocrâne chez 75 volontaires (Projet PaleoBrain)

En s’appuyant sur un échantillon de 75 volontaires, cette étude, dirigée par Antoine Balzeau et ses collaborateurs, propose une analyse novatrice du lien entre le cerveau et l’endocrâne. L’objectif principal est de fournir un cadre méthodologique rigoureux pour interpréter les endocrânes fossiles et mieux comprendre l’évolution du cerveau des hominines. Les chercheurs ont étudié la correspondance entre les sillons cérébraux et leurs empreintes sur l’endocrâne, en utilisant des techniques avancées d’imagerie et de reconstruction 3D. Pour une plus grande diffusion les données obtenues et les modèles utilisés sont en accès libre !

Les outils utilisés pour acquérir les données cérébrales de 75 volontaires

Les données ont été collectées grâce à des acquisitions IRM réalisées au Centre de Neuro Imagerie de Recherche (CENIR) de l’Institut du Cerveau à Paris. Deux types de séquences IRM ont été utilisées : la séquence 3D MP-RAGE pour cartographier les structures cérébrales et la séquence à temps d’écho ultracourt (UTE) pour capturer les tissus osseux. Les images obtenues ont été traitées avec des outils spécialisés tels que BrainVISA et Avizo pour la segmentation et la reconstruction des modèles 3D du cerveau et de l’endocrâne.

Les sillons cérébraux ont été identifiés automatiquement grâce à des algorithmes d’apprentissage profond, et les empreintes visibles sur les endocrânes ont été marquées et analysées. Les chercheurs ont également comparé les résultats obtenus par segmentation automatique (BrainVISA) et manuelle (Avizo), constatant que la méthode automatique offrait une meilleure résolution et une plus grande lisibilité des sillons.

*Disposition des sillons d’un cerveau et leurs empreintes respectives sur son endocaste, avec un bon niveau de détail. Le code couleur correspond à la nomenclature* *simplifiée ci-dessous. Les marques noires représentent les MNAS.* *(a) Vue gauche du cerveau ; (b) vue gauche du cerveau avec identification des sillons ; (c) vue gauche* *de l’endocrâne; (d) vue gauche de l’*endocrâne* avec identification des empreintes des sillons cérébraux et des MNAS.*

Nomenclature simplifiée des sillons par type et zone, d’après celle utilisée dans BrainVISA (d’après Perrot et al., 2011).

Les premiers résultats pour mieux lire les sillons cérébraux sur l’endocrâne

Les résultats révèlent que les empreintes des sillons cérébraux sur les endocrânes sont généralement courtes, discontinues et non rectilignes. Cette observation contredit les pratiques antérieures qui supposaient des sillons longs et linéaires sur les endocrânes fossiles. Les empreintes sont principalement visibles dans les régions inférieures des lobes frontaux et temporaux, tandis que la partie supérieure de l’endocrâne présente une faible densité d’empreintes cérébrales et une proportion élevée de marques non associées aux sillons cérébraux (MNAS). Ces MNAS, qui représentent environ 12 % des dépressions observées, ne correspondent pas directement à des structures cérébrales et posent un défi pour l’interprétation des endocrânes fossiles. Les sillons centraux et latéraux, qui jouent un rôle clé dans la délimitation des lobes cérébraux, ont été particulièrement étudiés. Le sillon latéral est bien visible sur les endocrânes, notamment dans sa partie postérieure, mais il est souvent composé de segments discontinus. Le sillon central, quant à lui, est principalement visible dans sa partie inférieure, avec une orientation oblique vers l’arrière. Les chercheurs ont également identifié des sillons secondaires, tels que le sillon central sylvien, qui sont parfois confondus avec d’autres structures.

(a) Vue latérale droite de toutes les empreintes liées aux sillons cérébraux observées sur les 75 endocrânes (le code couleur utilisé pour les sillons se réfère à la nomenclature simplifiée utilisée ; (b) vue supérieure ; (c) vue latérale droite de tous les MNAS observés sur les 75 endocrânes ; (d) vue supérieure.

Proposer une nouvelle lecture des endocrânes fossiles

Les données obtenues dans cette étude offrent une nouvelle approche pour l’analyse des endocrânes fossiles. Les chercheurs ont mis en évidence la nécessité de réviser les descriptions des sillons sur les endocrânes fossiles, en tenant compte de leur variabilité individuelle et de leur complexité. Par exemple, les sillons centraux et latéraux, souvent représentés comme des lignes droites dans les études antérieures, sont en réalité des structures complexes et discontinues. Les résultats de cette étude permettent également de mieux comprendre la distribution des empreintes sur les endocrânes. Les empreintes liées aux sillons cérébraux sont plus fréquentes dans les régions inférieures des lobes frontaux et temporaux, tandis que les MNAS sont plus présentes dans les parties supérieures de l’endocrâne. Cette distribution pourrait être influencée par des facteurs structurels et environnementaux, tels que la distance entre le cerveau et l’os, la présence de sutures ou de sinus veineux.
Selon l’étude « Lorsqu’on étudie des spécimens d’espèces autres que l’Homo sapiens, il est essentiel d’en observer plusieurs afin d’identifier les caractéristiques communes et les particularités potentielles par rapport au cerveau de notre espèce. Ceci est indispensable pour clarifier la position réelle des sillons principaux chez ces autres espèces. De plus, et idéalement, les observations devraient être menées par plusieurs chercheurs.«

Les 75 endocastes analysés en vue antérieure. Le code couleur utilisé pour les sillons correspond à la nomenclature simplifiée employée. Les marques noires représentent le MNAS.

Applications possibles aux archives fossiles

Les chercheurs soulignent que les données obtenues dans cette étude peuvent être utilisées pour réévaluer les descriptions des endocrânes fossiles. Les sillons des lobes temporaux et orbitaires, qui sont profondément marqués, sont particulièrement utiles pour identifier les structures cérébrales correspondantes. Cependant, les sillons des lobes pariétaux et frontaux présentent une grande variabilité, ce qui complique leur identification sur les endocrânes fossiles.

Les résultats de cette étude permettent également de mieux comprendre la position des sillons centraux et latéraux sur les endocrânes fossiles. Par exemple, les chercheurs ont montré que le sillon central est souvent mal interprété dans les études antérieures, où il est confondu avec le sillon précentral ou des MNAS. La superposition des données obtenues dans cette étude offre une « carte » des sillons cérébraux, qui pourra être utilisée pour guider les futures descriptions des endocrânes fossiles et reprendre les anciennes études.

Une sorte de carte pour lire les sillons cérébraux

Cette étude marque une avancée majeure en paléoneurologie, en fournissant une « pierre de Rosette » pour l’interprétation des endocrânes fossiles. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre la relation entre le cerveau et l’endocrâne, tout en soulignant la nécessité de prudence dans l’interprétation des empreintes visibles sur les endocrânes. Les chercheurs appellent à une collaboration interdisciplinaire et à l’utilisation de données de haute qualité pour garantir des descriptions précises et fiables des structures endocrâniennes. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour l’étude de l’évolution du cerveau des hominines et la compréhension des caractéristiques anatomiques des espèces humaines anciennes.