L’étude examine les mécanismes par lesquels la diéthylamide de l’acide lysergique (LSD) module l’organisation et la dynamique fonctionnelles du cerveau. En utilisant une approche basée sur les données pour analyser des schémas de connectivité fonctionnelle récurrente à partir de données d’IRMf au repos, les auteurs développent un modèle paramétré d’inhibition par rétroaction pour caractériser l’équilibre excitateur/inhibiteur (E/I).
Les résultats démontrent que le LSD augmente la synchronie globale du cerveau et la complexité dynamique. Cette synchronie accrue provient probablement de la stabilisation préférentielle par le LSD d’un état cérébral globalement synchronisé mais fonctionnellement non modulaire. Cet état montre une probabilité d’occurrence plus élevée et agit comme un “attracteur”, recrutant des transitions depuis les réseaux de contrôle cognitif.
De manière cruciale, ces phénomènes semblent sous-tendus par une convergence de l’équilibre E/I induite par le LSD à travers les hiérarchies corticales. Cela se produit notamment par une suppression des cortex sensori-moteurs (SOM) couplée à une potentialisation transmodale, où les cortex sensori-moteurs apparaissent comme des pôles régulateurs potentiels de ce rééquilibrage neurochimique. Ces effets convergents sont cohérents avec l’émergence d’un état cérébral caractérisé par un ancrage sensoriel affaibli et une flexibilité cognitive accrue, où la séparation typique entre la perception concrète et la cognition abstraite s’estompe. Cette remodélisation neurophysiologique suggère donc un mécanisme potentiel qui pourrait contribuer aux effets hallucinatoires du LSD et à son potentiel thérapeutique dans les troubles mentaux caractérisés par des schémas de pensée rigides.
L’objectif de cette étude est d’élucider les mécanismes exacts par lesquels le LSD module la dynamique et l’organisation fonctionnelle du cerveau. L’étude vise à caractériser le répertoire des réseaux fonctionnels à grande échelle induit par le LSD et à utiliser un modèle de contrôle de l’inhibition par rétroaction (pFIC) pour dériver des marqueurs potentiels de l’équilibre excitateur/inhibiteur (E/I). Elle cherche à comprendre comment les changements de cet équilibre E/I au sein de réseaux spécifiques, potentiellement pilotés par les cortex sensori-moteurs, conduisent à une augmentation de la synchronie cérébrale globale et à une réorganisation du traitement cognitif.
- Participants : L’échantillon final comprend 15 participants sains (4 femmes, 11 hommes ; âge moyen 30,5 ± 8,0 ans), issus d’un jeu de données public.
- Protocole expérimental : L’étude est de type placebo-contrôlé, croisé et contrebalancé. Les participants reçoivent une injection intraveineuse de 75 µg de LSD ou d’un placebo (sérum physiologique) lors de deux sessions distinctes.
- Acquisition de données : Des données d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) au repos (signaux BOLD) sont acquises pendant chaque session.
- Analyse de la synchronie : Le paramètre d’ordre de Kuramoto (OP) est utilisé pour évaluer la synchronisation de phase globale des signaux BOLD. L’analyse de la dynamique des vecteurs propres dominants (LEIDA) est employée pour identifier les états récurrents de verrouillage de phase (états PL).
- Modélisation : Un modèle de contrôle paramétrique de l’inhibition par rétroaction (pFIC) est utilisé pour simuler les signaux BOLD et estimer les changements dans le ratio excitateur/inhibiteur (E/I) à travers les réseaux cérébraux.
- Synchronie globale : Le LSD augmente de manière significative la synchronie globale du cerveau (paramètre d’ordre de Kuramoto plus élevé) et la complexité dynamique (écart-type du paramètre d’ordre plus élevé) par rapport au placebo.
- États cérébraux : Parmi les six états de verrouillage de phase (PL) identifiés, l’état PL 3, qui représente un mode global, non modulaire et synchronisé, montre une probabilité d’occurrence et un temps de séjour significativement plus élevés sous LSD.
- Dynamique de transition : Sous LSD, l’état PL 3 agit comme un ‘attracteur dynamique’. Les probabilités de transition de tous les autres états vers l’état PL 3 sont augmentées, tandis que les probabilités de transition de l’état PL 3 vers les autres états sont diminuées.
- Ratio E/I : Le LSD induit une compression du gradient du ratio E/I le long de la hiérarchie corticale. Il réduit le ratio E/I dans les systèmes sensori-moteurs primaires (comme le réseau somatomoteur SOM) et l’augmente dans les cortex d’association transmodale (comme le réseau du mode par défaut DMN et le réseau fronto-pariétal FPN).
- Corrélations neurochimiques : Les différences de ratio E/I induites par le LSD sont positivement corrélées avec la densité des récepteurs 5-HT2A et des récepteurs au glutamate.
Cette étude propose un mécanisme neurophysiologique pour les effets du LSD. Les résultats suggèrent que l’augmentation de la synchronie cérébrale sous LSD est due à la stabilisation d’un état cérébral global et non modulaire. Ce phénomène est sous-tendu par un rééquilibrage du ratio excitateur/inhibiteur, qui diminue dans les régions sensorielles et augmente dans les régions associatives. Cette ‘dédifférenciation’ entre les systèmes unimodaux et transmodaux pourrait expliquer les états de conscience modifiés, les effets hallucinatoires et le potentiel thérapeutique du LSD pour les troubles caractérisés par une pensée rigide.
Les cortex sensori-moteurs (SOM) sont identifiés comme une région clé pilotant ces changements, offrant une cible potentielle pour de futures recherches. Ces découvertes améliorent la compréhension des mécanismes neurobiologiques des substances psychédéliques et fournissent un cadre pour leurs applications cliniques potentielles.
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