Rédaction Science, 2 oct (EFE).- Le cerveau est un réseau de neurones interconnectés. Une équipe de scientifiques a tracé la carte des 139.255 neurones et 54,5 millions de connexions de la mouche du vinaigre adulte, une sorte de Google Maps pour les cerveaux avec de grandes implications dans la recherche en neurosciences.
"Beaucoup d'entre vous se demanderont pourquoi nous devrions nous intéresser au cerveau de la mouche du vinaigre. Ma réponse est simple : si nous pouvons vraiment comprendre comment fonctionne n'importe quel cerveau, cela nous dira quelque chose sur tous les cerveaux", a déclaré lors d'une conférence de presse virtuelle Sebastian Seung, de l'Université de Princeton (États-Unis).
La revue Nature publie aujourd'hui neuf articles exposant la carte du câblage du cerveau (connectome) d'une femelle de mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster) et comment la connectivité de neurones spécifiques propulse des comportements tels que la communication entre des régions cérébrales ou le mouvement.
Bien que le cerveau de cet insecte soit moins complexe que celui d'un être humain, les circuits neuronaux de toutes les espèces traitent l'information de manière très similaire.
Ce travail offre l'opportunité d'étudier le fonctionnement du cerveau de manière plus détaillée que ce qui était possible auparavant et ouvre la voie à la cartographie de ceux d'autres espèces comme la souris, un projet déjà en cours.
Une seconde étude, dirigée par l'Université de Cambridge (Royaume-Uni), offre une annotation des classes neuronales et des groupes fonctionnels, identifiant au total 8.400 types cellulaires, dont 4.581 nouveaux.
De plus, il a été possible de prédire le neurotransmetteur sécrété par chaque neurone et si ses connexions avec d'autres (synapses) sont excitatrices ou inhibitrices, c'est-à-dire si elles favorisent ou réduisent la probabilité de la poursuite d'un signal électrique, a expliqué Gregory Jefferis, de Cambridge.
Le chercheur a comparé les travaux présentés à un "Google Maps, mais pour les cerveaux. Le diagramme du câblage entre neurones est comme savoir quelles structures des images par satellite de la Terre correspondent à des rues, des bâtiments et des rivières".
Anoter les neurones pourrait être comparé - a-t-il dit - "à donner des noms aux rues et aux villes, aux heures d'ouverture des commerces, aux numéros de téléphone (...) il faut la carte de base et ces annotations pour que cela soit vraiment utile pour les scientifiques", qui peuvent maintenant naviguer dans le cerveau tout en essayant de le comprendre.
Jusqu'à présent, il n'existait aucun connectome complet d'un animal adulte de cette complexité et l'une des principales questions abordées avec celui-ci est "comment le câblage du cerveau, ses neurones et connexions, peut donner lieu au comportement animal", a souligné Mala Murthy, de Princeton.
Le plus grand connectome de la mouche du vinaigre était d'un hémisphère cérébral, avec environ 20.000 neurones et 14 millions de synapses, on connaît également celui de la larve de cet animal (3.016 neurones) et celui d'un ver nématode (302 neurones).
Les mouches du vinaigre sont un important modèle pour les neurosciences, car leurs cerveaux résolvent de nombreux problèmes similaires aux nôtres et sont capables de comportements sophistiqués tels que le vol, les comportements d'apprentissage et de mémoire et les interactions sociales, a expliqué Murthy.
De plus, cet insecte partage 60 % de l'ADN humain, et trois maladies génétiques sur quatre ont un parallélisme chez ces mouches, c'est pourquoi comprendre leur cerveau est une étape de plus vers la compréhension du cerveau d'espèces plus complexes.
Pour le moment, penser à un connectome humain complet est quelque chose d'impossible, notre cerveau a environ 86.000 millions de neurones et des billions de connexions. Rien qu'en données, cela représenterait un zettaoctet, ce qui correspond à peu près au trafic total sur internet pendant un an.
Mais ce qui a été réalisé maintenant sert de précurseur à de nouveaux progrès de l'Initiative Brain, qui souhaite réaliser ces mêmes cartes chez les mammifères, en commençant par la souris.
"Nous savons très peu sur les circuits du cerveau humain pour pouvoir concevoir des traitements et des mesures préventives (...), en d'autres termes, nous ne pouvons pas réparer ce que nous ne savons pas et c'est pourquoi nous pensons que c'est un moment si important pour les neurosciences", selon John Ngai, de l'Initiative Brain.
Jefferis a prédit que, "avec un peu de chance", dans les cinq à dix prochaines années, non seulement on aura un cerveau de souris complet, mais plusieurs pour commencer à comparer comment les expériences vécues peuvent apporter des changements.
Le scientifique a noté que "si nous faisons travailler ensemble les meilleures esprits, le ciel est la limite". C'est ce que le Consortium FlyWire a fait, qui a coordonné les travaux et réunit près de 300 chercheurs.
Les chercheurs ont ouvert dès le début à la communauté scientifique la carte neuronale qu'ils étaient en train d'élaborer et d'autres groupes ont déjà commencé à essayer de simuler comment le cerveau de la mouche réagit au monde extérieur.
Avec eux, l'utilisation de l'intelligence artificielle (IA) sans laquelle il aurait été impossible de reconstruire le câblage neuronal. "C'est une preuve de la manière dont l'IA peut faire progresser les neurosciences", selon Seung, de Princeton.
Mais comme les programmes ne sont pas infaillibles, un système informatique d'outils a été créé permettant à une grande communauté de chercheurs en ligne d'examiner les segments, de corriger leur exactitude et d'annoter les types et classes de cellules de manière.
La carte a été construite à partir de 21 millions d'images prises du cerveau d'une mouche, qui mesure moins d'un millimètre de large, pour un total de plus de cent téraoctets de données d'image ou, en d'autres termes, le stockage de cent ordinateurs portables normaux. EFE
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