Les scientifiques ont créé la première carte des connexions cérébrales du drosophile, un projet révolutionnaire dans le domaine des neurosciences. Réalisée grâce à l’intelligence artificielle et à des chercheurs du consortium FlyWire, cette avancée promet des découvertes fascinantes sur le fonctionnement des cerveaux, y compris le cerveau humain.
Comme l’application de Google qui nous permet de voir les routes du monde entier, les scientifiques ont produit la première carte des connexions de l’ensemble du cerveau (connectome) de Drosophila melanogaster : la ressource, disponible en ligne, a été obtenue grâce à l’intelligence artificielle mais surtout grâce au travail des chercheurs du consortium FlyWire. Sur Nature, neuf études ont été publiées avec les détails du projet.
La réseau neural du cerveau de Drosophila melanogaster / Crédit : Tyler Sloan pour FlyWire, Princeton University
Le cerveau comme sur Google Maps, avec tous ses neurones et connexions au lieu des noms de rues, villes, stores et autres informations que nous utilisons pour nous déplacer d’un endroit à un autre : la première carte du réseau neural de l’ensemble du cerveau, appelée en jargon connectome, est la nouvelle entreprise qui promet de révolutionner le domaine des neurosciences et d’ouvrir la voie à des intuitions sans précédent sur le fonctionnement du cerveau. Le réseau neural complexe, pour l’instant, est celui de Drosophila melanogaster, ou mouche du vinaigre, l’organisme modèle par excellence dans la recherche scientifique, dont l’étude a conduit à certaines des découvertes les plus importantes, notamment dans le domaine de la génétique.
La nouvelle ressource, disponible en ligne, a été obtenue grâce à l’intelligence artificielle (IA), qui a analysé des millions d’images obtenues par microscopie électronique, examinant des structures de millionièmes de millimètre de large. Pour chaque neurone – environ 140 000 mappés – l’IA a tracé les connexions synaptiques, mais a commis de nombreuses erreurs, qui ont été identifiées et corrigées par l’équipe de scientifiques du consortium de recherche FlyWire, dirigé par l’Université de Princeton, dans le New Jersey (États-Unis).
Ce travail a conduit à la classification de plus de 8 400 types différents de cellules et de plus de 50 millions de connexions neurales, soit le premier connectome cérébral complet pour Drosophila, dont les données peuvent être consultées en 3D grâce au visualiseur de FlyWire développé par les ingénieurs de Google Research. Sur Nature, les chercheurs ont publié neuf études avec les détails du projet.
La carte du réseau neural de Drosophila peut nous aider à comprendre comment fonctionne le cerveau, y compris celui des humains
“Quelqu’un pourrait se demander pourquoi nous devrions nous intéresser au cerveau d’une mouche du vinaigre – a observé Sebastian Seung, professeur d’informatique et neurosciences à l’Université de Princeton et co-leader du projet FlyWire – . La réponse est simple : si nous parvenons à vraiment comprendre comment fonctionne un cerveau quelconque, cela nous dira inévitablement quelque chose sur tous les cerveaux.”
Les chercheurs ont classé plus de 8 400 types différents de cellules / Crédit : Tyler Sloan pour FlyWire, Princeton University
La première carte du réseau neural de Drosophila a déjà porté ses fruits : grâce au connectome, les chercheurs ont déjà découvert des neurones « interrogateurs » qui semblent combiner différents types d’informations et des neurones « émetteurs » qui pourraient envoyer des signaux pour coordonner l’activité à travers différents circuits neuronaux. Ils ont également identifié un circuit neural spécifique qui, lorsqu’activé, fait que les mouches du vinaigre s’arrêtent brusquement en marchant.
Dans une anticipation de la recherche future, les chercheurs ont également montré comment le connectome peut être utilisé dans des simulations informatiques du fonctionnement d’une partie du cerveau, ce qui les a amenés à identifier les circuits neuronaux utilisés pour traiter le goût, suggérant que de futures simulations pourraient éclairer comment le réseau neural donne lieu au comportement.
Le connectome cérébral de Drosophila, accueilli par les experts comme un jalon historique qui pourrait transformer les neurosciences, a également incité les chercheurs à entreprendre un travail similaire sur le cerveau des souris, que les chercheurs espèrent achever en au moins cinq ans. Il sera beaucoup plus difficile de reproduire l’exploit pour un cerveau humain entier, qui avec ses 86 milliards de neurones et des trillions de connexions, est environ un million de fois plus complexe que celui de la mouche du vinaigre, ce qui rend le connectome complet un projet encore hors de portée avec la technologie actuelle.
“Cela nécessiterait également une mémoire considérable – ont observé les chercheurs – . Il faudrait au moins un zettaoctet de données, équivalent à tout le trafic Internet mondial pendant un an.” Une approche plus réaliste pourrait consister à mapper seulement certaines parties du cerveau humain, ce qui pourrait éclairer les réseaux neuronaux à la base des troubles neuropsychiatriques et du développement de diverses formes de démence.