Les mégadonnées et l’émergence de l’Alzheimer

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L’étude fait ressortir l’importance de la puissance de calcul pour les futures percées neurologiques

Des chercheurs de l’Institut et hôpital neurologiques de Montréal ont eu recours à un puissant outil pour mieux comprendre la progression de la maladie d’Alzheimer tardive et ont identifié ses premiers signes physiologiques.

Sous la direction d’Alan Evans, professeur de neurologie, de neurochirurgie et de génie biomédical au Neuro, les chercheurs ont analysé plus de 7 700 images du cerveau de 1 171 personnes à différents stades de progression de la maladie d’Alzheimer, obtenues à l’aide de diverses techniques, dont la résonance magnétique (IRM) et la tomographie par émission de positons (TEP). Ils ont aussi analysé des échantillons de sang et de liquide cérébrospinal, ainsi que le niveau de cognition des sujets.

Les chercheurs ont constaté que le premier signe physiologique de la maladie d’Alzheimer est une diminution de l’apport de sang au cerveau, contrairement aux connaissances antérieures selon lesquelles une augmentation des protéines amyloïdes était le signe initial décelable. Bien que le rôle des protéines amyloïdes soit indéniable, l’étude montre que des changements dans l’irrigation sanguine sont le tout premier signe avant-coureur de l’alzheimer. D’après l’étude, les changements dans la cognition s’amorcent plus tôt qu’on le pensait dans la progression.

La maladie d’Alzheimer tardive est très complexe, mais importante à comprendre. Elle ne résulte pas d’un seul mécanisme neurologique, mais bien de plusieurs mécanismes associés dans le cerveau. Comme il s’agit de la cause la plus répandue de démence chez l’humain, il est crucial de percer les interactions entre ses mécanismes afin de mettre au point des traitements.

Les recherches antérieures sur les mécanismes contribuant à la maladie d’Alzheimer tardive avaient une portée limitée et en donnaient un portrait incomplet. La présente étude, publiée dans Nature Communications le 21 juin, tenait compte des caractéristiques de la concentration d’amyloïdes, du métabolisme du glucose, du débit sanguin cérébral, de l’activité fonctionnelle et de l’atrophie cérébrale dans 78 régions du cerveau, couvrant l’entièreté de la matière grise.

« L’absence d’une compréhension intégrative de la pathologie de la maladie d’Alzheimer tardive, de ses mécanismes multifactoriels, est un obstacle crucial au développement d’agents thérapeutiques efficaces pouvant modifier l’évolution de la maladie », indique Yasser Iturria Medina, boursier postdoctoral à l’INM et premier auteur de l’article.

La trajectoire de chaque facteur biologique a été enregistrée à l’aide des données de chaque patient sur une période de 30 ans. Ce processus a ensuite été reproduit 500 fois pour améliorer la robustesse des estimations et la stabilité des résultats.

La compilation et l’analyse des données ont exigé des milliers d’heures et n’auraient pu être possibles sans un logiciel très perfectionné et des téraoctets d’espace sur disque dur. Une telle approche guidée par des données à la neurologie devient de plus en plus importante, selon le Pr Evans. « Nous disposons de nombreuses façons d’acquérir des données concernant le cerveau, mais que faire de toutes ces données? La neurologie continue d’être limitée par notre capacité à donner un sens à l’abondance de données recueillies. Les défis mathématiques et statistiques qui en résultent sont complexes, mais c’est là où réside l’avenir de la recherche clinique sur le cerveau », dit-il.

Cette étude accentue aussi l’importance du partage de données entre établissements, c’est-à-dire le modèle de science ouverte. Les données des patients pour l’étude provenaient de l’ADNI (Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative), un partenariat regroupant plus de 30 établissements du Canada et des États-Unis. Sans le partage de données, les connaissances que cette étude ajoute à notre compréhension de la maladie d’Alzheimer tardive seraient encore inconnues. Le Pr Evans signale que son article scientifique n’est qu’un parmi des centaines à se fonder sur l’ensemble de données de l’ADNI.

« En soi, cela justifie l’ADNI et le partage de données. Rien ne se perd, tout se transforme. Nous tirons parti de données acquises par d’autres et nous les enrichissons des nôtres », souligne-t-il.

Bien que l’étude soit l’une des plus complètes à avoir été publiée à ce jour sur la progression de la maladie d’Alzheimer, le Pr Evans aimerait pouvoir approfondir le sujet, non seulement pour enregistrer, mais aussi déterminer les causes de chaque mécanisme. L’exercice pourrait ouvrir la voie à de meilleurs traitements. Il n’est limité que par la quantité de pouvoir informatique que les mégadonnées peuvent fournir.  

Pour le Pr Evans, il s’agit « d’un défi mathématique et informatique qui va au-delà de tout ce que nous avons réalisé jusqu’ici. Notre but est de réaliser une modélisation causale de haut niveau des interactions entre tous les facteurs de la maladie, ce qui exige une énorme puissance de calcul. À nous d’être prêts avec le logiciel, les algorithmes et les données en attendant l’arrivée du matériel de pointe indispensable ».

« Il nous faut encore plus d’études synthèses guidées par des données, susceptibles de tenir compte de tous les facteurs biologiques possibles en cause, de même que de tirer au clair les interactions directes entre ces facteurs », ajoute M. Medina. « À défaut de quoi, nous ne pouvons rêver de traitements efficaces. Nous continuerions de travailler à l’aveuglette. »

L’étude a bénéficié du soutien financier et opérationnel de la Fondation Neuro Canada, des Instituts de recherche en santé du Canada, de CANARIE, de Calcul Canada, de la Fondation canadienne pour l’innovation et de la bourse Molson de recherche postdoctorale en neuroingénierie de l’Université McGill.

 Le Neuro

L’Institut et hôpital neurologiques de Montréal – le Neuro – est un centre médical universitaire unique qui se consacre aux neurosciences. Fondé en 1934 par l’éminent neurochirurgien Wilder Penfield, le Neuro a acquis une renommée internationale pour l’interaction étroite entre la recherche, les soins exceptionnels aux patients et la formation spécialisée, essentiels à l’avancement de la science et de la médecine. À la fois institut de recherche et d’enseignement de l’Université McGill, le Neuro constitue l’assise de la mission en neurosciences du Centre universitaire de santé McGill.  Les chercheurs du Neuro sont des chefs de file reconnus mondialement pour leur expertise en neurosciences cellulaire et moléculaire, en imagerie du cerveau, en neurosciences cognitives, ainsi que dans l’étude et le traitement de l’épilepsie, de la sclérose en plaques et de troubles neuromusculaires. Pour tout renseignement, veuillez consulter theneuro.com.

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