Chercheur

    Tomas Paus , M.D. , Ph.D.

    Tomas Paus
    Axe de recherche
    Cerveau et développement de l’enfant

    Titres

    • Professeur de psychiatrie, Département de psychiatrie et d’addictologie, Faculté de médecine, Université de Montréal
    • Chercheur, Centre de recherche CHU Sainte-Justine

    Laboratoire

    Laboratoire de neurosciences des populations

    Intérêts de recherche

    En laboratoire, nous nous appuyons sur notre expertise en imagerie multimodale du cerveau humain dans de grandes cohortes, ainsi que sur nos connaissances de l'organisation structurelle et fonctionnelle du cerveau humain en développement. Nous espérons que nos travaux apporteront des connaissances fondamentales sur la variété des voies personnelles de la santé physique et mentale de l'enfance à l'âge adulte. Ceci est essentiel pour développer des approches personnalisées pour prévenir un impact différé des adversités précoces sur la santé mentale et cognitive plus tard dans la vie.

    Programme de recherche

    Notre programme de recherche s'appuie sur une riche base de données multimodale établie au cours des 20 dernières années. Cette base de données contient des informations détaillées sur le cerveau, les gènes et l'environnement de plus de 5 000 adolescents en développement typique. Il est basé sur notre travail collaboratif réalisé dans le contexte de plusieurs cohortes de population du Canada, d'Europe et du Brésil: l'Étude Jeunesse Saguenay, IMAGEN, la Avon Longitudinal Study of Parents and Children, la Northern Finland Birth Cohort et la Brazil High Risk Cohort. Nous travaillons également avec de grands consortiums internationaux qui mettent en commun des informations sur le cerveau, le comportement et les gènes, évalués chez des dizaines de milliers d'individus pour fournir une perspective à travers la durée de la vie sur le cerveau et le comportement: CHARGE, ENIGMA et l'International Cannabis Consortium.

    En travaillant avec ces ensembles de données, nous avons contribué à de nouvelles connaissances sur les forces qui façonnent la maturation du cerveau pendant l'adolescence, partant des hormones sexuelles au stress, en passant par le cannabis et les inégalités de revenus, pour n'en citer que quelques-unes. Notre travail est hautement collaboratif et couvre un certain nombre de disciplines, de la physique à l'ingénierie, en passant par la génétique et l'épidémiologie, et par la psychiatrie, la psychologie et la sociologie. Cela se reflète également dans le parcours varié de nos stagiaires.

    Approche

    Le cheval de bataille de nos recherches est l'imagerie par résonance magnétique multimodale de la structure et de la fonction cérébrale (IRM). Des informations sur les fondements génétiques de divers phénotypes dérivés de RM sont obtenues grâce à de grandes études d'association pangénomiques (Genome-wide Association StudiesGWAS). La dynamique de l'expression des gènes en ce qui concerne les phénotypes dérivés de l'IRM, tels que l'épaisseur corticale, est révélée en intégrant les données de l'Allen Human Brain Atlas et du BrainSpan Atlas. Les signatures épigénétiques sont explorées via des études d'association à l'échelle de l'épigénome. Les influences de l'environnement social et physique sont étudiées à travers des liens géospatiaux entre les données agrégées (par ex.: les espaces verts ou l'inégalité des revenus dans un quartier) et les données sur la santé obtenues de nos participants.

    Collaborateurs

    Stagiaires et personnel de laboratoire

    • Manon Bernard (architecte de base de données; avec le Dr Pausova)
    • Lassi Björnholm (étudiant en médecine / doctorat, Université d'Oulu; avec le professeur Veijola)
    • Zhijie Liao (doctorante, psychologie, Université de Toronto)
    • Xavier Navarri (étudiant au doctorat, Université de Montréal)
    • Yash Patel (étudiant au doctorat, Institut des sciences médicales, Université de Toronto)
    • Jean Shin (associé de recherche; avec le Dr Pausova)
    • Daniel Vosberg (post-doctorant)

    Sommaire de carrière

    Le Dr Paus est un neuroscientifique des systèmes qui étend son expertise de base en organisation structurelle et fonctionnelle du cerveau humain au niveau moléculaire (omique) et au niveau de la population (cartographie géospatiale des environnements physiques et sociaux).

    Ses travaux actuels intègrent l'épidémiologie, les neurosciences et la génétique - à travers une nouvelle discipline de la neuroscience des populations - dans la poursuite de connaissances pertinentes pour la santé cérébrale des enfants et des adolescents. Cette recherche s'appuie sur des données acquises dans un certain nombre de cohortes basées en Amérique du Nord et du Sud et en Europe.

    Financements majeurs

    1. Instituts de recherche en santé du Canada
      Paus, T (PI) 2020-2025
      Social Environment and Functioning of Adolescents Born Preterm
      • Ce projet vise à identifier les caractéristiques de l'environnement social qui peuvent modifier les résultats à long terme de l'accouchement prématuré en ce qui concerne la santé mentale, la cognition et la maturation cérébrale des adolescents et des jeunes (~ 12 à 22 ans).
      • Rôle: PI; Co-investigateurs: Ballantyne, Belik, Hatzopoulou, Lindsey, Pausova
    2. Instituts de recherche en santé du Canada
      Conrod, P (PI) 2020-2025
      Canadian Cannabis and Psychosis Research Team
      • Il s'agit d'une subvention d'équipe qui réunit des chercheurs cliniques et précliniques pour répondre à des questions sur la relation entre la consommation (précoce) de cannabis et la psychose. Je contribue aux lots de travaux suivants: (1) harmonisation des mesures et mise en commun des données; et (2) les microARN en tant que marqueurs du risque d'anomalies liées au cannabis dans la maturation du cerveau humain.
      • Rôle: Co-PI; Co-investigateurs: Bourque, Crocker, Flores, Potvin, Tibbo, Sylvestre, Amirali, Rossignol, Afzali, Castellanos Ryan, Cote, Esmaeilzadeh, Pausova, Stewart
    3. Conseil norvégien de la recherche
      Walhovd, K (PI) 2020-2023
      The Oslo-Toronto Alliance in Lifespan Changes in Brain and Cognition
      • Il s'agit d'une continuation de l'alliance Oslo-Toronto, financée initialement en 2017, pour développer un programme de recherche et d'éducation de classe mondiale grâce à une recherche collaborative entre le groupe de recherche en Norvège et nos groupes de recherche au Canada.
      • Rôle: Co-PI; Autres co-chercheurs principaux: Fjell, Pausova
    4. National Institutes of Health (États-Unis)
      Pausova, Z (PI) 2018-2023
      Visceral fat, neuroinflammation and brain health: towards early detection and prevention of preclinical dementia
      • Les principaux objectifs de ce projet sont d'étudier si l'inflammation systémique induite par un excès de graisse corporelle (et de graisse viscérale en particulier) peut être un facteur de risque de la maladie d'Alzheimer, et si son impact sur le cerveau peut être surveillé par de nouveaux biomarqueurs lipidiques.
      • Rôle: Co-investigateur; Autres co-chercheurs: Bennett, Lerch, Post, Strug, Seshadri, Black, Sung, Mapstone, Syme
    5. Instituts de recherche en santé du Canada
      Paus, T (PI) 2017-2022
      Cannabis and Brain Maturation: A population-based study
      • Ce projet de recherche applique une approche prospective longitudinale dans un échantillon communautaire, soit l'Étude Jeunesse Saguenay (n = 1024), afin de comprendre les effets possibles de la consommation de cannabis sur le cerveau et la santé mentale chez les jeunes adultes.
      • Rôle: PI; Co-investigateurs: Pausova, Abrahamowicz, Richer, Pike, Seguin, Selby

    Publications

    Le travail du Dr Paus, de ses stagiaires de recherche et de ses collaborateurs a été bien accueilli par ses pairs, étant cité dans plus de 55 000 publications (h-index: 112).

    Cet ensemble de travaux, réalisé au cours des 30 dernières années, s'est concentré sur l'organisation structurelle et fonctionnelle du cerveau humain et sur les facteurs qui façonnent son développement et sa maturation pendant l'adolescence. Dans un certain nombre de projets collaboratifs, ils relient ces connaissances et leur expertise dans l'étude du cerveau humain à des enquêtes sur les risques de maladie mentale et de toxicomanie au courant de la vie.

    Au début des années 1990, le Dr Paus et ses collègues ont étudié une région particulière du lobe frontal humain, le cortex cingulaire antérieur. Sur la base de plusieurs études de lésions et d'imagerie, ils proposent une nouvelle vision de son fonctionnement comme interface entre les processus moteurs et cognitifs, modulés par la pulsion. Une série d'articles originaux a été (collectivement) citée environ 2 000 fois. Leur article de synthèse sur ce sujet (Nature Reviews Neuroscience 2001) a été cité 1 897 fois.

    • Paus T et al. Role of the human anterior cingulate cortex in the control of oculomotor, manual, and speech responses: A positron emission tomography study. Journal of Neurophysiology 70:453-469, 1993. 988 citations
    • Paus T. Primate anterior cingulate cortex: Where motor control, drive and cognition interface. Nature Reviews Neuroscience 2:417-424, 2001. 1,897 citations

    À la fin des années 1990, le Dr Paus et ses collègues ont mis au point une nouvelle technique pour mesurer la connectivité fonctionnelle in vivo dans le cerveau humain. Cette technique combine - pour la première fois - la stimulation magnétique transcrânienne avec la neuroimagerie. L'article initial a été cité 824 fois. Collectivement, cet ensemble de travaux a été cité plus de 4 000 fois. Le Dr Paus est l'auteur d'un certain nombre de chapitres et de revues sur ce sujet, et a co-édité The Oxford Handbook of Transcranial Stimulation (2008).

    • Paus T et al. Transcranial magnetic stimulation during positron emission tomography: a new method for studying connectivity of the human cerebral cortex. Journal of Neuroscience 17:3178-3184, 1997. 824 citations
    • Paus T et al. Synchronization of neuronal activity in the human sensori-motor cortex by transcranial magnetic stimulation: a combined TMS/EEG study. Journal of Neurophysiology 86:1983-1990, 2001. 332 citations
    • Strafella AP et al. Striatal dopamine release induced by repetitive transcranial magnetic stimulation of the human motor cortex. Brain 126:2609-2615, 2003. 999 citations

    Toujours à la fin des années 90, le Dr Paus est revenu sur son intérêt pour le développement du cerveau. Avec ses collègues du NIH, ils ont utilisé de nouvelles techniques pour analyser les images de résonance magnétique afin d'obtenir de nouvelles connaissances sur la maturation structurelle du cerveau humain. Les deux premières publications rapportant ces travaux (Science 1999, Nature Neuroscience 1999) ont été citées plus de 8 000 fois. Le Dr Paus a résumé ces travaux dans ce domaine dans un certain nombre de chapitres et de revues, y compris les trois articles suivants publiés dans Brain Research Bulletin (2001; 900 citations), Trends in Cognitive Science (2005; 1400 citations) et Nature Reviews Neuroscience (2008; 2000+ citations).

    • Paus T et al. Structural maturation of neural pathways in children and adolescents: in vivo study. Science 283:1908-1911, 1999. 1,581 citations
    • Giedd JN et al. Brain development during childhood and adolescence: a longitudinal MRI study. Nature Neuroscience 2:861-863, 1999. 5,855 citations
    • Paus T et al. Why do many psychiatric disorders emerge during adolescence? Nature Reviews Neuroscience 9:947-57, 2008. 2,246 citations

    Depuis le début des années 2000, des travaux sur la maturation cérébrale à l'adolescence se poursuivent dans le cadre de plusieurs cohortes communautaires à grande échelle, dont l'Étude Jeunesse Saguenay et IMAGEN. Deux thèmes ressortent dans ce contexte. Le Dr Paus et ses collègues ont proposé un nouveau cadre pour le rôle de la testostérone dans la formation de la substance blanche pendant l'adolescence masculine, en mettant l'accent sur la croissance radiale de l'axone et le transport axonal. Ces travaux ont été rapportés dans un certain nombre de leurs publications, citées collectivement plus de 1 200 fois. L'autre domaine est celui de la maturation cérébrale et de la consommation de cannabis à l'adolescence. Leur travail initial était basé sur les données de trois cohortes d'adolescents et a révélé une interaction entre le score de risque polygénique pour la schizophrénie et la consommation de cannabis vis-à-vis de l'épaisseur du cortex cérébral (JAMA Psychiatry 2015; 134 citations).

    • Perrin JS et al. Growth of White Matter in the Adolescent Brain: Role of Testosterone and Androgen Receptor. Journal of Neuroscience 28:9519-9524, 2008. 348 citations
    • Paus T. Growth of White Matter in the Adolescent Brain: Myelin or Axon. Brain and Cognition 72:26-35, 2010. 426 citations
    • French L et al. Early cannabis use, polygenic risk score for schizophrenia and brain maturation in adolescence. JAMA Psychiatry 72:1002-11, 2015. 134 citations

    Plus récemment, le Dr Paus et ses stagiaires de recherche utilisent une nouvelle méthode développée dans son laboratoire, dite histologie virtuelle, pour faciliter l'interprétation des découvertes basées sur la neuroimagerie en ce qui concerne leurs fondements neurobiologiques; pour ce faire, ils utilisent des sources en libre accès de données d'expression génique et les relient à des ensembles de données in vivo via des corrélations spatiales à travers le cortex cérébral humain. Ils ont rapporté leurs résultats dans un certain nombre de publications récentes dans Cerebral Cortex (2018, 2019, 2021), NeuroImage (2020), Scientific Reports (2020) et JAMA Psychiatry (2020, 2021). L'approche de l'histologie virtuelle a suscité l'intérêt de collègues travaillant dans deux consortiums internationaux, CHARGE et ENIGMA, suscitant un certain nombre de projets collaboratifs actuellement en cours.

    • Shin J et al. Cell-specific gene-expression profiles and cortical thickness in the human brain. Cerebral Cortex 8:3267-3277, 2018.
    • Patel Y et al. Maturation of the Human Cerebral Cortex During Adolescence: Myelin or Dendritic Arbor? Cerebral Cortex 29:3351-3362, 2019.
    • Parker N et al. Neurobiological Correlates of Cortical Thinning During Childhood and Adolescence: Relevance for Psychiatric Disorders. JAMA Psychiatry 77:1127-36, 2020.
    • Patel Y, Shin J, Drakesmith M, Evans J, Pausova Z, Paus T. Virtual histology of multi-modal magnetic resonance imaging of cerebral cortex in young men. NeuroImage Sep;218:116968, 2020.
    • Vidal-Pineiro D et al.  Cellular correlates of cortical thinning throughout the lifespan. Scientific Reports 10: 1-14, 2020.
    • Liao Z, Patel Y, Khairullah A, Parker N, Paus T. Pubertal testosterone and the structure of the cerebral cortex in young men. Cerebral Cortex Jan 12:bhaa389, 2021.
    • Patel Y, et al. Virtual histology of cortical thickness reveals shared neurobiology underlying six psychiatric disorders. JAMA Psychiatry 78:47-63, 2021.
 

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