Washington – Grâce à une souris qui a vu des vidéos de « The Matrix », Les scientifiques ont créé la plus grande carte fonctionnelle d'un cerveau à ce jour: Un schéma de câblage qui relie 84 000 neurones tout en envoyant des messages.
En utilisant un morceau du cerveau de l'animal, la taille d'une graine de pavot, les chercheurs ont identifié ces neurones et ont suivi la façon dont ils ont communiqué à travers des fibres ramifiées avec 500 millions de syndicats appelés synapses.
L'énorme ensemble de données, publié mercredi par Nature Magazine, marque un pas vers le démêlage du mystère du fonctionnement de notre cerveau. Les données, assemblées dans une reconstruction 3D colorée pour délimiter différents circuits cérébraux, sont ouvertes aux scientifiques du monde entier pour des recherches supplémentaires, et pour tout simplement curieux qui souhaitent jeter un œil.
« Cela inspire certainement un sentiment d'étonnement, ainsi que de regarder des images de galaxies », a déclaré Forrest Collman de l'Allen Institute for the Science of the Brain à Seattle, l'un des principaux chercheurs du projet. « Cela vous donne une idée de votre complication. Nous regardons une petite partie … du cerveau d'une souris et de la beauté et de la complexité que vous pouvez voir dans ces vrais neurones et les centaines de millions de liens entre eux. »
La façon dont nous pensons, ressentons, voyons, discutons et bougeons est due aux neurones ou aux cellules nerveuses dans le cerveau: comment les messages sont activés et envoyés. Les scientifiques savent depuis longtemps que ces signes se déplacent d'un neurone le long des fibres appelées axones et dendrites, en utilisant des synapses pour passer au neurone suivant. Mais vous en savez moins sur les réseaux de neurones qui effectuent certaines tâches et comment les interruptions de ce câblage pourraient jouer un rôle dans la Alzheimer, l'autisme ou d'autres troubles.
« Vous pouvez faire mille hypothèses sur la façon dont les cellules du cerveau pourraient faire leur travail, mais vous ne pouvez pas essayer ces hypothèses à moins que vous ne sachiez la chose la plus fondamentale: comment ces cellules sont connectées », a déclaré le scientifique de l'Institut Allen Clay Reid, qui a aidé à la première microscopie électronique pour étudier les connexions neuronales.
Avec le nouveau projet, une équipe mondiale de plus de 150 chercheurs a cartographié les connexions neuronales que Collman compare aux pièces de spaghetti emmêlées qui serpent à travers le cerveau de la souris responsable de la vision.
La première étape: montrer une vidéo de souris des fragments de films de science-fiction, des sports, de l'animation et de la nature.
Une équipe du Baylor Medical College l'a fait précisément, en utilisant une souris conçue avec un gène qui fait briller ses neurones lorsqu'elle est active. Les chercheurs ont utilisé un microscope basé au laser pour enregistrer comment les cellules individuelles du cortex visuel de l'animal ont illuminé lors du traitement des images qui passaient.
Ensuite, les scientifiques de l'Institut Allen ont analysé ce petit morceau de tissu cérébral, en utilisant un outil spécial pour le couper en plus de 25 000 couches, chacun beaucoup plus mince que les cheveux humains. Avec des microscopes électroniques, Ils ont pris près de 100 millions d'images de haute résolution de ces sectionsilluminant ces fibres similaires aux spaghettis et ré-assemblez méticuleusement les données en 3D.
Enfin, les scientifiques de l'Université de Princeton ont utilisé l'intelligence artificielle pour suivre tout ce câblage et « peindre chacun des câbles individuels d'une couleur différente afin que nous puissions les identifier individuellement », a expliqué Collman.
Ils ont estimé que ce câblage microscopique, s'il était étendu, mesurait plus de 3 miles. L'important est que lorsque toute cette anatomie avec l'activité dans le cerveau de la souris était liée en regardant des films, les chercheurs pouvaient suivre le fonctionnement du circuit.
Les chercheurs de Princeton ont également créé des copies numériques 3D des données que d'autres scientifiques peuvent utiliser pour développer de nouvelles études.
Ce type de cartographie pourrait-il aider les scientifiques à trouver des traitements pour les maladies cérébrales? Les chercheurs l'appellent une étape fondamentale, comme le projet du génome humain qui a fourni la première cartographie des gènes et a finalement conduit à des traitements à base de gènes. MAPEAR Un cerveau de souris complet est l'un des prochains objectifs.
« Les technologies développées par ce projet nous donneront notre première occasion d'identifier vraiment un certain type de modèle de connectivité anormale qui donne naissance à un trouble », a déclaré un autre des principaux chercheurs du projet, le neuroscientifique et informaticien de Princeton Sebastian Seung.
Le travail « marque une grande avancée et offre une ressource communautaire inestimable pour les découvertes futures », a écrit les neuroscientifiques de Harvard Mariela Petkova et Gregor Schuhknecht, qui n'ont pas participé au projet.
Les énormes données partagées publiquement « aideront à démêler les réseaux de neurones complexes sous-jacents à la cognition et au comportement »ont-ils ajouté.
Le Cortical Network Machine Intelligence Consortium (Microns) a été financé par la Brain Initiative des National Health Institutes of the United States et IARPA, l'activité des projets avancés de recherche sur le renseignement.
