Obtention de la carte la plus complexe et la plus incroyable d’un cerveau : elle contient tous les neurones et synapses

Obtention de la carte la plus complexe et la plus incroyable d'un cerveau : elle contient tous les neurones et synapses

Grâce à 12 ans de travail minutieux, les scientifiques ont réussi à reconstituer l’intégralité de la carte cérébrale d’une larve de moucheron. C’est le plus complexe et le plus détaillé jamais obtenu, contenant chaque neurone et chaque connexion.

Crédit : Sciences

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Les scientifiques ont créé la carte la plus étendue, la plus complète et la plus avancée d’un cerveau animal, celle de la larve de la mouche des fruits (Drosophila melanogaster). Un travail extraordinaire qui a nécessité environ 12 ans d’engagement quotidien. Pour comprendre le résultat, qui aura des répercussions importantes tant dans l’étude du cerveau humain que dans le développement de nouvelles intelligences artificielles, il suffit de savoir que les chercheurs ont inclus chaque connexion neuronale présente dans le cerveau de l’insecte, pour un total de 548 000 synapses et 3 016 neurones. Il en est ressorti un schéma complexe et très détaillé qui prend le nom de connectome.

La carte la plus complète et la plus avancée d’un cerveau animal a été développée par une grande équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques britanniques de l’Université de Cambridge, du Département de génie biomédical de l’Université Johns Hopkins de Baltimore (États-Unis) et de la Division de neurobiologie de le Laboratoire de biologie moléculaire du MRC, qui a collaboré étroitement avec des collègues du Janelia Research Campus – Howard Hughes Institute of Medicine et de l’Université de Californie à Los Angeles. Les chercheurs, coordonnés par Michael Winding, Marta Zlatic, Albert Cardona et Joshua T. Vogelstein, ont franchi cette étape après un travail méticuleux et épuisant, au cours duquel ils ont scanné des milliers de sections du cerveau de l’insecte – grâce à de puissants microscopes électroniques – et ils ont fusionné tous les images une à une toutes les images obtenues. Cela a permis de cartographier et d’étiqueter tous les neurones (divisés en 93 types différents) et chaque connexion entre ces cellules. Les techniques d’imagerie ont nécessité une journée de travail par neurone, c’est pourquoi il a fallu 12 ans pour arriver à ce résultat extraordinaire.

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À ce jour, les cerveaux de seulement trois espèces moins complexes de quelques centaines de neurones chacune ont été cartographiés à pleine résolution synaptique : le nématode Caenorhabditis elegans, la larve d’ascidie Ciona intestinalis et l’annélide marin Platynereis dumerilii. Ce projet de recherche a débuté dans les années 1970 sur le cerveau du nématode, un travail qui a conduit à la conquête du prix Nobel. La nouvelle étude s’est concentrée sur la mouche des fruits car c’est un excellent modèle pour la recherche scientifique – elle sous-tend de multiples études de biologie – et une espèce qui « partage une grande partie de sa biologie fondamentale avec l’homme, y compris une base génétique comparable », a écrit l’Université Johns Hopkins dans un communiqué de presse. Sans oublier que c’est un animal à capacité d’apprentissage et « comportement décisionnel ».

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Malgré l’extrême complexité du connectome obtenu, il s’agit en tout cas d’un cerveau compact qu’il a été possible de reconstruire en un temps raisonnable. Le véritable objectif des scientifiques est de cartographier complètement le cerveau d’un mammifère comme celui de la souris, qui est aussi un modèle de prédilection pour l’expérimentation scientifique. Le problème réside dans le fait que le cerveau d’une souris est un million de fois plus gros et plus complexe que celui d’une mouche des fruits ; malgré les technologies très avancées disponibles, il est actuellement impensable de pouvoir le reproduire à l’identique, du moins pas en temps « humain ». Mais même le résultat qui vient d’être obtenu permettra des progrès significatifs dans la compréhension de la façon dont le passage des signaux d’un neurone à l’autre (les connexions synaptiques) se traduit en comportement et en apprentissage. Par exemple, les chercheurs ont découvert que les circuits neuronaux les plus actifs dans le cerveau de la mouche étaient ceux impliquant des neurones liés à l’apprentissage, et ils ont également observé qu’il avait une architecture hautement récurrente, « avec 41 % des neurones, il recevait des signaux récurrents à longue distance ». contributions. »

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« Si nous voulons comprendre qui nous sommes et comment nous pensons, une partie de cela consiste à comprendre le mécanisme de la pensée. Et la clé est de savoir comment les neurones se connectent les uns aux autres », a déclaré l’ingénieur biomédical Vogelstein. Rappelant l’étude sur les nématodes qui a commencé il y a 50 ans, le scientifique a déclaré que ce que son équipe a fait est le premier connectome cérébral et un « drapeau planté dans le sable » qui démontre qu’il peut atteindre ce résultat. Les scientifiques pensent que la cartographie complexe obtenue représentera une base « pour une multitude d’études de suivi théoriques et expérimentales », aidant à mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain et à développer de nouvelles intelligences artificielles. Sans surprise, le cerveau de la larve de moucheron présentait des caractéristiques similaires à celles des réseaux d’apprentissage automatique, telles que des raccourcis multicouches et des boucles récurrentes imbriquées et proéminentes.

« Tous les cerveaux sont similaires – ce sont tous des réseaux de neurones interconnectés – et tous les cerveaux de toutes les espèces doivent exécuter de nombreux comportements complexes : ils ont tous besoin de traiter des informations sensorielles, d’apprendre, de sélectionner des actions, de naviguer dans leur environnement, de choisir de la nourriture, de reconnaître leurs propres congénères. , échapper aux prédateurs etc etc », a déclaré la neuroscientifique Marta Vlatic, soulignant la complexité et l’importance de ces études. Les détails de la recherche « Le connectome d’un cerveau d’insecte » ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Science.

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