La pupille, fenêtre ouverte sur un cerveau qui vieillit bioRxiv

Dans la pénombre de l'aimant, la personne surveille de rares éclairs sur un écran. Une caméra infrarouge filme sa pupille mille fois par seconde, tandis qu'un appareil d'imagerie par résonance magnétique enregistre quelles zones du cerveau s'activent. C'est ainsi que 89 volontaires âgés de 19 à 78 ans ont permis aux chercheurs de voir la pupille se transformer en un écran sur lequel le cerveau affiche deux signaux distincts.

Le premier signal, ce sont les variations rapides de la pupille. Quand une personne remarque un stimulus inattendu, sa pupille se dilate brusquement puis revient aussitôt. Ces sursauts coïncident avec le travail de vastes régions du cortex, du cervelet et du tronc cérébral, où les terminaisons qui libèrent la noradrénaline sont particulièrement nombreuses. La noradrénaline est une substance que le cerveau utilise comme un bouton « attention ! » : elle pousse les neurones à réagir plus vite et aide à se concentrer.

Le second signal, c'est la taille de la pupille au repos, une fois les variations rapides soustraites. Il s'est avéré qu'elle est liée aux régions du cerveau où abondent les récepteurs aux opioïdes et aux cannabinoïdes. Ces systèmes fonctionnent comme un régulateur de fond : ils ne s'allument pas à chaque stimulus, mais ajustent lentement le niveau général d'excitation, un peu comme le volume d'une enceinte ne change pas à chaque note, mais détermine la puissance sonore de toute la musique.

Avec l'âge, le lien entre les variations rapides de la pupille et le cerveau s'affaiblit. Chez les participants âgés, moins de régions cérébrales se synchronisaient avec la pupille, et la concordance avec la carte noradrénergique diminuait. En revanche, le lien entre la taille de la pupille et les récepteurs opioïdes et cannabinoïdes restait inchangé de 19 à 78 ans. Autrement dit, l'écran pupillaire ne se casse pas d'un bloc : une de ses parties faiblit, tandis que l'autre continue de briller régulièrement.

Auparavant, on ne savait pas si la pupille reflétait l'activité de cette zone précise ou de plusieurs systèmes chimiques à la fois, ni si ce lien persistait avec l'âge. On voit désormais que les variations rapides de la pupille sont l'empreinte du système noradrénergique, et la taille absolue, celle des systèmes opioïde et cannabinoïde. Le procédé est simple : comparer les cartes spatiales de corrélation entre la pupille et l'activité cérébrale avec les cartes de densité des récepteurs obtenues par TEP.

L'intérêt pratique saute aux yeux. La pupillométrie, c'est-à-dire la mesure de la pupille par caméra, coûte une misère comparée à la tomographie. Si l'affaiblissement du lien entre la pupille et le cerveau traduit bel et bien un déclin du système noradrénergique, un tel test pourrait devenir un signal d'alerte précoce du risque de maladie d'Alzheimer. Mais ce n'est pour l'instant qu'un premier pas : il faudra suivre les mêmes personnes sur de longues durées pour vérifier si un signal pupillaire qui faiblit annonce réellement des troubles de la mémoire. En attendant, la pupille reste une fenêtre par laquelle on voit le cerveau vieillir, mais on ne fait que commencer à nettoyer cette fenêtre.