The brain is a highly complex system whose functioning is critical for our interaction with the world. Neural elements, from single cells to brain systems, constantly fluctuate in their dynamics, accompanying the plethora of possible exchanges between our environment and ourselves. However, sometimes things go awry. An unfortunate example is post-traumatic stress disorder (PTSD), a debilitating clinical condition that can appear after exposure to a threatening life event. In this work, using complexity as a framework, we aim to introduce the dynamic brain network model of PTSD. We hope this model will allow the generation of novel specific hypotheses concerning brain organization and dynamics in PTSD research. We first introduce how the network framework complements the localizationist approach centered in specific brain regions or subsets of brain regions, with a whole brain approach considering brain regions' dynamic relationships. Then, we review key concepts in network neuroscience, focusing on the importance of the network topology and dynamics to understand the organizational principles of the brain, that is, functional segregation and integration. In the third part, we apply this knowledge to describe the possible trajectories conducting a brain system to present PTSD alterations. Accordingly, we introduce the Dynamic Brain Network Model (DBNM) of PTSD, a concrete framework built on the network approach and resilience theory to study the transition of a brain network from state 1 (e.g., before the traumatic event) to state 2 (e.g., after the traumatic event). To conclude, we provide a summary of metrics for quantifying elements on the DBNM and its potential use in computational models of PTSD.
Title: Les sciences des réseaux appliquées à l’étude du Trouble de Stress Post-Traumatique.
Abstract: Cet article expose la manière dont les sciences des réseaux peuvent contribuer à la compréhension du Trouble de Stress Post-Traumatique (TSPT). Nous soulignons l’intérêt de concevoir le cerveau comme un système complexe et dynamique pour affiner la description et la prédiction des réponses cérébrales après exposition à un évènement traumatique. À partir des modèles de résilience au stress et sous le prisme des sciences des réseaux, nous proposons une ligne temporelle du TSPT, partant des facteurs de résilience intrinsèques au réseau, présents avant l’évènement traumatique, jusqu’à la réponse cérébrale ayant lieu après l’évènement traumatique. Dans ce cadre, il est essentiel de considérer la topologie du cerveau et les dynamiques cérébrales dans des processus permettant d’utiliser ces facteurs de résilience. Ainsi, nous proposons un cadre concret, autorisant la formulation d’hypothèses explicites sur des aspects potentiellement critiques de l’organisation et des dynamiques des réseaux cérébraux impliqués dans le TSPT.
Keywords: PTSD; TSPT; brain networks; resilience; réseaux cérébraux; résilience; traumatic event; évènement traumatique.
© Société de Biologie, 2023.