L'informatique haute performance aide à l'analyse du cerveau

Christine Lackner étudie le développement cérébral chez les enfants et les adolescents en lien avec la capacité à contrôler les pensées et les émotions. Ses recherches pourraient un jour aider à trouver des interventions qui auront un impact positif sur la fonction cérébrale. En plaçant un casque EEG — imaginez un bonnet de douche bien ajusté — sur la tête de ses participants, elle étudie l’activité cérébrale à l’aide de 64 à 128 électrodes intégrées.

Elle observe les cerveaux d’enfants et d’adolescents “développés de manière typique” car aucun cerveau ne se développe de la même façon, mais elle examine aussi ceux présentant des problèmes de régulation de soi, comme le TDAH, ainsi que des troubles d’apprentissage.

Plus récemment encore, elle a également étudié des adolescents et jeunes adultes atteints de paralysie cérébrale et examine les effets des facteurs de stress sur leur cerveau en développement. “L’ensemble de compétences qui m’intéresse le plus est la régulation de soi et la fonction exécutive”, déclare Lackner, professeure adjointe à l’Université Mount Saint Vincent à Halifax. “Je me concentre sur la façon dont ils contrôlent leurs émotions, font des plans, résistent à la tentation.

Dans certains cas, nous leur donnons des tâches informatiques qui exigent qu’ils agissent rapidement et les forcent à commettre beaucoup d’erreurs.

Nous associons ensuite leurs réponses cérébrales à leur fonctionnement dans le monde réel.” Elle a collaboré avec des chercheurs de l’Université Ryerson et avec un programme unique appelé Integra, qui forme les enfants ayant des troubles de régulation de soi (comme ceux atteints de TDAH, par exemple) et des troubles d’apprentissage à la méditation de pleine conscience et aux arts martiaux. “Nous étudions les schémas d’ondes cérébrales de ces enfants avant, pendant et après qu’ils suivent ce programme”, dit-elle.

Les chercheurs ajoutent les retours des parents à leur analyse et observent les changements au fil du temps. Pour mener ce travail, elle produit d’énormes fichiers de données.

Chaque milliseconde, l’EEG prend une lecture sur les (jusqu’à) 128 électrodes placées sur la tête du participant. “Je enregistre pendant deux heures ou plus à la fois”, dit-elle. “Vous pouvez donc imaginer que ces fichiers deviennent très volumineux.” Le simple stockage de ces fichiers est un défi qu’elle relève avec l’aide d’ACENET et de Calcul Canada, mais elle effectue aussi une grande partie de ses analyses grâce à ces mêmes ressources. “Nous sommes à la pointe de l’analyse de ces fichiers de données”, déclare-t-elle. “Ce que nous faisons s’appelle une analyse des composantes indépendantes.

Nous mettons toutes les données dans une grande matrice et demandons à l’ordinateur d’extraire des schémas significatifs. Cela nous indique comment un réseau cérébral agit à un moment donné.

Cela isole plus précisément l’activité générée sans interférence d’autres signaux.” L’interférence peut être aussi simple que la tension dans le cou, qui n’a rien à voir avec l’activité cérébrale d’un participant, mais qui, avant l’émergence de ce nouveau système, était quelque peu difficile à éliminer des données. Lackner affirme qu’en l’absence d’ACENET et de Calcul Canada, ses analyses prendraient des mois au lieu de jours.

L’un des objectifs de ses recherches est de démontrer que des interventions comme Integra, la pleine conscience et les arts martiaux modifient positivement la fonction cérébrale, afin que les décideurs orientent des financements vers de tels programmes.