La pupille, fenêtre sur le cerveau qui vieillit bioRxiv

Dans la pénombre de l'IRM, une personne fixe des flashs rares sur un écran. Une caméra infrarouge filme sa pupille mille fois par seconde, tandis que l'appareil d'imagerie par résonance magnétique enregistre les zones du cerveau qui s'activent. Ainsi, 89 volontaires âgés de 19 à 78 ans ont permis aux scientifiques de voir comment la pupille devient un écran sur lequel le cerveau affiche deux signaux distincts.

Le premier signal, ce sont les variations rapides de la pupille. Quand une personne perçoit un stimulus inattendu, sa pupille se dilate brusquement puis revient aussitôt. Ces sursauts coïncident avec l'activité de régions cérébrales particulièrement riches en terminaisons qui libèrent de la noradrénaline. 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 deuxième signal, c'est la taille de la pupille au repos. 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 à quel point toute la musique est forte.

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 correspondance 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. Cela signifie que l'écran pupillaire ne se casse pas entièrement : une de ses parties s'assombrit, tandis que l'autre continue de briller uniformément.

Auparavant, on ne savait pas si la pupille reflétait l'activité d'une seule région du cerveau ou de plusieurs systèmes chimiques à la fois, ni si ce lien persistait avec l'âge. Aujourd'hui, on voit que les variations rapides de la pupille sont l'empreinte du système noradrénergique, et que la taille absolue est l'empreinte des systèmes opioïde et cannabinoïde. L'astuce est simple : comparer les cartes 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 indique réellement un déclin du système noradrénergique, un tel test pourrait devenir un signal d'alerte précoce du risque de maladie d'Alzheimer. Mais pour l'instant, ce n'est qu'un premier pas : il faudra suivre les mêmes personnes sur de longues périodes pour vérifier si un signal pupillaire qui faiblit annonce vraiment des problèmes de mémoire. En attendant, la pupille reste une fenêtre par laquelle on voit le cerveau vieillir, mais on ne fait que commencer à essuyer cette fenêtre.