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De nouveaux projets visent à ouvrir la voie à l'avenir des neurosciences

SciTechDaily

Le programme OpenScope de l'Allen Institute offre une plateforme mondiale pour la recherche en neurosciences, axée sur la façon dont le cerveau traite tout, des images du quotidien aux expériences psychédéliques. Cette initiative favorise la collaboration internationale, en utilisant des ressources d'observatoire avancées pour approfondir les activités et perceptions neuronales fondamentales. Les sondes Neuropixels font partie du pipeline de l'Allen Brain Observatory. Crédit : Allen Institute

Une étude examinera les altérations de l’activité cérébrale au niveau cellulaire causées par la psilocybine, la substance psychoactive présente dans les « champignons magiques ».

Comment les neurones réagissent-ils aux effets des champignons magiques ? Que se passe-t-il dans le cerveau lors de la perception du mouvement ou de la reconnaissance des veinures du bois ? Comment notre cerveau surveille-t-il les changements progressifs de l'apparence de nos amis au fil du temps ?

L’Institut Allen a lancé quatre projets pour étudier ces questions via OpenScope, un observatoire partagé de neurosciences. Tout comme les astronomes utilisent quelques observatoires bien équipés pour étudier l’univers, le programme OpenScope permet aux neuroscientifiques du monde entier de proposer et de diriger des expériences sur le pipeline de l’observatoire cérébral Allen. Toutes les recherches sont mises gratuitement à la disposition de quiconque s’attaque aux questions ouvertes sur l’activité neuronale dans la santé et la maladie.

OpenScope, qui en est à sa 6e année, vise à « ouvrir la voie à un nouveau modèle en neurosciences », a déclaré Jérôme Lecoq, Ph.D., chercheur associé à l'Institut Allen.

« Notre plateforme améliore l’acquisition et le partage de données à l’échelle mondiale, tout en permettant aux laboratoires individuels de l’exploiter pour leurs activités scientifiques uniques », a déclaré Lecoq, qui codirige OpenScope avec Christof Koch. « Nous nous efforçons de combiner le meilleur des deux mondes : des questions ciblées traitées par des équipes passionnées et une plateforme sophistiquée pilotée par des expérimentateurs expérimentés. Telle est notre vision de l’avenir des neurosciences. »

La science psychédélique

L'un des projets OpenScope de cette année explorera comment psilocybinle composé psychoactif des « champignons magiques », modifie l’activité cérébrale au niveau cellulaire. Ce composé, connu pour provoquer des expériences psychédéliques intenses chez l’homme, sera utilisé pour étudier les mécanismes neuronaux qui sous-tendent les altérations cognitives et perceptives.

En utilisant des techniques d'enregistrement avancées sur des souris, les scientifiques observeront comment les neurones communiquent différemment sous l'influence de la psilocybine. Ils étudieront également comment ces changements pourraient influencer la capacité du cerveau à traiter et à prédire les informations sensorielles, ce qui est essentiel pour comprendre comment la perception est construite.

« Notre intérêt pour ces composés va au-delà de leurs applications cliniques potentielles », a déclaré Roberto de Filippo, Ph. D., postdoctorant à l’Université Humboldt de Berlin. « Nous pensons que la découverte des mécanismes biologiques sous-jacents à leurs effets peut fournir des informations fondamentales sur les processus qui régissent la perception, la cognition et la conscience elle-même. »

Ce projet est dirigé par de Filippo ; Torben OttPh.D., de l'Université Humboldt de Berlin ; et Dietmar SchmitzPh.D, de la Charité – Universitätsmedizin Berlin.

Comment le passé façonne subtilement notre vision du monde

Nous négligeons souvent les changements progressifs chez les personnes que nous côtoyons régulièrement, et nous ne remarquons les différences que lorsque nous regardons une vieille photo ou que nous retrouvons des amis après une longue période. Bien que ces changements soient presque imperceptibles, notre cerveau actualise constamment nos souvenirs avec ces détails.

Un projet OpenScope de 2024 vise à découvrir les fondements neuronaux de ces mises à jour. À l'aide de la plateforme Allen Brain Observatory, les chercheurs analyseront l'activité cérébrale des souris pour comprendre comment le système visuel du cerveau réagit aux changements au fil du temps. Traditionnellement, les neuroscientifiques pensaient que le système visuel ne traitait que les informations sensorielles entrantes. Mais des découvertes récentes suggèrent que ce système archive également les souvenirs visuels et les utilise pour prédire ce que nous verrons ensuite.

« Nous voulons comprendre comment ces souvenirs influencent la perception des images du monde réel et quel rôle jouent les différentes zones du cerveau dans ce processus », explique Yaniv Ziv, Ph. D., professeur à l’Institut Weizmann des sciences. « En comprenant cela, nous souhaitons découvrir si ces souvenirs influencent la flexibilité ou la rigidité de notre traitement visuel. Par exemple, si nous avons déjà vu quelque chose de similaire auparavant, notre cerveau est-il plus ou moins susceptible de s’adapter à de nouvelles informations visuelles ? »

Ce projet est dirigé par Ziv ; Daniel Deitch; Alon RubinPh.D.; et Italie Talpirle tout à l'Institut Weizmann des Sciences

Décrypter la façon dont le cerveau perçoit le mouvement

Comment le cerveau reconnaît-il les objets qui bougent autour de nous ? Ce projet OpenScope 2024 vise à démystifier ce processus fondamental en étudiant la perception du mouvement dans le cortex visuel de souris. Si des études antérieures ont permis d’identifier des régions cérébrales qui réagissent à différents types de mouvements, les circuits neuronaux sous-jacents restent mal compris. Ce projet utilisera la microscopie pour observer simultanément l’activité de nombreux neurones sur plusieurs semaines et dans différentes parties du cortex visuel.

L’équipe espère caractériser la représentation neuronale du mouvement dans les différentes régions du cerveau et les différents types de cellules et comprendre les circuits spécifiques qui les soutiennent. Les connaissances acquises grâce à ces travaux pourraient avoir des implications plus vastes, car les mêmes types de cellules et circuits se retrouvent dans tout le cortex.

« Si nous parvenons à comprendre comment ces circuits traitent l'information dans le système visuel, il y a de fortes chances que les mêmes principes s'appliquent dans tout le cerveau », a déclaré Julia Veit, Ph.D., professeur à l'Université de Fribourg.

Ce projet est dirigé par Veit ; Henning SprekelerPh.D., de l'Université technique de Berlin ; et Yael Oran, Ph.D., de l'Université de Fribourg.

Voir les modèles qui nous entourent

Notre cerveau reconnaît instantanément d'innombrables textures visuelles complexes qui nous entourent, des motifs complexes des ailes d'un papillon au grain du bois. Mais comment parvient-il à réaliser cet exploit remarquable de perception visuelle ? Dans ce projet OpenScope, des souris seront entraînées à distinguer les textures tandis que leur activité neuronale sera surveillée dans le cortex visuel, reliant les réponses neuronales à la perception. Les principaux objectifs sont de déterminer comment certaines textures sont facilement reconnues tandis que d'autres posent un défi, et de cartographier la manière dont différentes régions du cerveau interagissent pour transformer les entrées visuelles en représentations cohérentes qui guident le comportement.

Ces résultats pourraient révéler les principes fondamentaux de la manière dont le cerveau extrait la compréhension de notre monde visuel riche en motifs, ont déclaré les chercheurs. Mais l'ampleur et la complexité de la recherche nécessitent des outils et des ressources qui vont au-delà de ceux d'un laboratoire classique.

« L’utilisation de l’observatoire cérébral Allen va non seulement accroître considérablement la portée et la portée de notre projet, mais aussi nous permettre de comparer et de contextualiser tous les autres projets de science ouverte qu’ils ont menés au cours de la dernière décennie », a déclaré Federico Bolaños, Ph. D., scientifique principal des données à l’Université de Colombie-Britannique. « Comme cela s’est produit dans d’autres domaines comme la physique des hautes énergies ou l’astronomie, la recherche en neurosciences des systèmes doit passer des laboratoires individuels à une communauté plus vaste et interconnectée, au sein de laquelle nous progressons ensemble. »

Ce projet est dirigé par Bolaños ; Timothy MurphyPh.D., de l'Université de la Colombie-Britannique; et Javier OrlandiPh.D., de l'Université de Calgary.

La recherche décrite dans cet article a été soutenue par la bourse numéro U24NS113646 de l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux de l'Université de Californie à Berkeley. Instituts nationaux de la santéLe contenu relève de la seule responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les opinions officielles du NIH et de ses instituts filiales.

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