Les scientifiques s’appuient sur des études d’association à l’échelle du cerveau pour mesurer la structure et le fonctionnement du cerveau – à l’aide de scanners cérébraux IRM – et les relier à des caractéristiques complexes telles que la personnalité, le comportement, la cognition, les troubles neurologiques et les maladies mentales.
Nouvelle recherche publiée le 16 mars 2022, dans Nature de l’Université du Minnesota et de l’École de médecine de l’Université de Washington à St. Louis mettent en évidence une voie à suivre pour l’utilisation de l’imagerie cérébrale dans le diagnostic, le pronostic et la réponse au traitement des troubles psychiatriques, psychologiques et neurologiques. La recherche montre que la plupart des études d’association à l’échelle du cerveau publiées sont réalisées avec trop peu de participants pour donner des résultats fiables.
L’étude a utilisé des ensembles de données disponibles publiquement – impliquant un total de près de 50.000 participants – pour analyser une gamme de tailles d’échantillon et a trouvé :
- Les études d’association à l’échelle du cerveau nécessitent des milliers d’individus pour atteindre une meilleure reproductibilité. Les études typiques d’association à l’échelle du cerveau ne portent que sur quelques dizaines de personnes.
- Les études dites “sous-puissantes” sont susceptibles de découvrir des associations fortes mais trompeuses par hasard tout en manquant des associations réelles mais plus faibles.
- Les études d’association à l’échelle du cerveau qui sont couramment sous-puissantes donnent lieu à un surplus de résultats forts mais non reproductibles.
- De nouveaux paramètres pour les études d’association à l’échelle du cerveau fournissent une orientation pour mieux utiliser les résultats afin d’améliorer la pratique clinique et les soins de santé mentale.
“Depuis des décennies, nous soulignons le potentiel de l’IRM pour aider aux soins cliniques – y compris le diagnostic, le risque, la réponse au traitement, etc. pour les troubles de santé mentale et les conditions neurologiques. Cependant, ce potentiel n’a pas été pleinement exploité”, a déclaré Damien Fair, PA-C, PhD, auteur principal et Redleaf Endowed Director du Masonic Institute for the Developing Brain (MIDB) de l’université du Minnesota. “Nous connaissons maintenant nos faux pas et nous redéfinissons les paramètres requis, ce qu’on appelle la “sauce spéciale”, pour avancer efficacement.”
Pour identifier les problèmes des études d’association à l’échelle du cerveau, l’équipe de recherche a commencé par accéder aux trois plus grands ensembles de données de neuro-imagerie : l’Adolescent Brain Cognitive Development Study (11 874 participants), le Human Connectome Project (1 200 participants) et la UK Biobank (35 375 participants). Ils ont ensuite analysé les ensembles de données afin de déterminer les corrélations entre les caractéristiques du cerveau et une série de mesures démographiques, cognitives, comportementales et de santé mentale, en utilisant des sous-ensembles de différentes tailles. En utilisant des sous-ensembles distincts, ils ont tenté de reproduire toutes les corrélations identifiées. Au total, ils ont effectué des milliards d’analyses, soutenus par le groupe informatique MIDB et les puissantes ressources informatiques du Minnesota Supercomputing Institute.
Les chercheurs ont constaté que les corrélations entre le cerveau et le comportement identifiées à partir d’un échantillon de 25 personnes – la taille médiane des échantillons dans les articles publiés – ne se reproduisaient généralement pas dans un autre échantillon. Plus la taille de l’échantillon atteignait les milliers, plus les corrélations étaient susceptibles d’être reproduites. Une reproductibilité solide est essentielle pour la recherche clinique d’aujourd’hui.
Les scientifiques s’appuient sur des études d’association à l’échelle du cerveau pour mesurer la structure et la fonction cérébrales – à l’aide de scanners cérébraux – et les relier aux maladies mentales et autres comportements complexes. Mais une étude menée par des chercheurs de la Washington University School of Medicine de St. Louis et de l’Université du Minnesota, publiée le 16 mars dans Nature, montre que la plupart des études d’association à l’échelle du cerveau publiées sont réalisées avec trop peu de participants pour donner des résultats fiables. Crédit : Alex Berdis
L’auteur principal, Nico Dosenbach, MD, PhD, professeur associé de neurologie à l’Université de Washington, affirme que les résultats reflètent un problème systémique et structurel des études conçues pour trouver des corrélations entre deux éléments complexes, tels que le cerveau et le comportement.
“Il ne s’agit pas d’un problème lié à un chercheur ou à une étude en particulier. Il n’est même pas propre à la neuro-imagerie”, a déclaré M. Dosenbach. “Le domaine de la génomique a découvert un problème similaire il y a environ dix ans avec les données génomiques et a pris des mesures pour le résoudre. Le NIH a commencé à financer des efforts de collecte de données plus importants et à exiger que les données soient partagées publiquement, ce qui réduit les biais et, par conséquent, la science du génome s’est considérablement améliorée. Parfois, il suffit de changer le paradigme de la recherche. La génomique nous a montré la voie.”
Les études de neuro-imagerie sont coûteuses et prennent beaucoup de temps – une seule heure sur une machine IRM peut coûter 1 000 dollars. Mais si toutes les données de plusieurs petites études étaient regroupées et analysées ensemble, y compris les données de l’IRM, on pourrait obtenir des résultats plus précis.En cas de résultats statistiquement non significatifs et de tailles d’effet minuscules, le résultat serait probablement proche de la bonne réponse, a déclaré Dosenbach.
“L’avenir du domaine est désormais radieux et repose sur la science ouverte, le partage des données et des ressources entre les institutions afin de mettre de grands ensembles de données à la disposition de tout scientifique qui souhaite les utiliser. Cet article en est un exemple étonnant”, a déclaré M. Fair. “Ici, au MIDB, nous essayons de fournir à la communauté scientifique de tous horizons les ressources nécessaires pour faire le travail de manière optimale.”
Par l’intermédiaire du groupe informatique du MIDB, d’autres départements de l’Université du Minnesota participent à cette étude, notamment le Neuroimaging Genomics Data Resource et le Minnesota Supercomputing Institute.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir La plupart des études sur le cerveau ont trop peu de participants pour donner des résultats fiables.
Référence : “Reproducible brain-wide association studies require thousands of individuals” par Scott Marek, Brenden Tervo-Clemmens, Finnegan J. Calabro, David F. Montez, Benjamin P. Kay, Alexander S. Hatoum, Meghan Rose Donohue, William Foran, Ryland L. Miller, Timothy J. Hendrickson, Stephen M. Malone, Sridhar Kandala, Eric Feczko, Oscar Miranda-Dominguez, Alice M. Graham, Eric A. Earl, Anders J. Perrone, Michaela Cordova, Olivia Doyle, Lucille A. Moore, Gregory M. Conan, Johnny Uriarte, Kathy Snider, Benjamin J. Lynch, James C. Wilgenbusch, Thomas Pengo, Angela Tam, Jianzhong Chen, Dillan J. Newbold, Annie Zheng, Nicole A. Seider, Andrew N. Van, Athanasia Metoki, Roselyne J. Chauvin, Timothy O. Laumann, Deanna J. Greene, Steven E. Petersen, Hugh Garavan, Wesley K. Thompson, Thomas E. Nichols, B. T. Thomas Yeo, Deanna M. Barch, Beatriz Luna, Damien A. Fair et Nico U. F. Dosenbach, 16 mars 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04492-9
Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (NIH), le Andrew Mellon Predoctoral Fellowship, la Lynne and Andrew Redleaf Foundation, la Kiwanis Neuroscience Research Foundation, et la Jacobs Foundation.
Institut maçonnique pour le développement du cerveau
Le Masonic Institute for the Developing Brain (MIDB) est une clinique, un centre de recherche et un centre de sensibilisation spécialisés dans les enfants et les jeunes souffrant de troubles neurocomportementaux. En réunissant des experts de l’Université du Minnesota en médecine pédiatrique, en recherche, en politique et en soutien communautaire pour comprendre, prévenir, diagnostiquer et traiter les troubles du développement neurologique de la petite enfance et de l’adolescence, le MIDB fait progresser la santé du cerveau dès les premiers stades du développement et tout au long de la vie, en soutenant le parcours de chaque personne en tant que membre précieux de la communauté.
