Une carte d'une partie d'un cerveau de souris, qui devrait être généralisable aux gens, pourrait aider les scientifiques à comprendre les comportements, la conscience et même ce que cela signifie être humain
Une représentation artistique de plus de 1000 cellules d'une carte du cerveau, avec chaque neurone une couleur différente
La carte 3D la plus grande et la plus complète d'un cerveau de mammifère à ce jour offre un aperçu sans précédent de la façon dont les neurones se connectent et fonctionnent. La nouvelle carte, qui capture un millimètre cube du cortex visuel d'une souris, permettra aux scientifiques d'étudier le fonctionnement du cerveau dans des détails extraordinaires, révélant potentiellement des informations cruciales sur la façon dont l'activité neuronale façonne le comportement, comment des traits complexes comme la conscience se produisent, et même ce que signifie être humain.
«Nos comportements découlent finalement de l'activité dans le cerveau, et les tissus cérébraux partagent des propriétés très similaires chez tous les mammifères», explique Forrest Collman, membre de l'équipe, à l'Allen Institute for Brain Science à Seattle. «C'est une des raisons pour lesquelles nous croyons que les idées sur le cortex de la souris peuvent généraliser aux humains.»
La réalisation – quelque chose que le biologiste Francis Crick a déclaré en 1979 était «impossible» – a pris sept ans à terminer et impliqué 150 chercheurs de trois institutions. Cela a commencé avec une équipe enregistrant l'activité neuronale d'une partie du cortex visuel d'une souris, qui n'était pas plus grande qu'un grain de sable, car il regardait des films et des clips YouTube.
Ensuite, un deuxième groupe a disséqué cette même région du cerveau, la divisant en couches 1 / 400e la largeur d'un cheveux humains, et a pris des photos de chaque tranche. En raison de la nature délicate de la structure, le processus de tranchage n'a pas pu être arrêté longtemps, donc l'équipe a pris des quarts de travail. «Nous avons passé 12 jours et 12 nuits à séparer ce cube de tissu millimétrique en près de 30 000 couches», explique Nuno Da Costa, membre de l'équipe, également à l'Institut Allen.
De là, une troisième équipe a utilisé l'IA pour tracer toutes les cellules et reconstruire chaque tranche dans une carte 3D. «C'était comme demander à l'IA de faire le livre de coloriage le plus dur du monde», explique Collman. « Vous avez 100 millions d'images en trois dimensions et chaque cellule doit être colorée avec un crayon différent. L'IA doit décider où commence une cellule et la suivante s'arrête. »
Ces données ont finalement été combinées avec l'activité fonctionnelle enregistrée au début du projet afin que ce que la souris regardait puisse être lié à l'activité correspondante dans le cerveau. La carte résultante illustre la complexité stupéfiante du cerveau. Malgré sa taille diminutive, il contenait plus de 200 000 cellules avec 4 kilomètres de branches entre eux et 523 millions de synapses se joignant aux cellules ensemble.
Les données sont déjà difficiles sur la façon dont les neurones communiquent, révélant qu'ils ciblent non seulement les cellules à proximité, mais chassent activement d'autres cellules dédiées au traitement des mêmes stimuli visuels.
Les chercheurs espèrent que leur carte comblera certaines des lacunes dans les connaissances entre l'activité neuronale et les comportements, ce qui a finalement contribué à démêler des traits complexes comme l'intelligence. «C'est un travail révolutionnaire qui sera inestimable pour la communauté scientifique», explique Nathalie Rochefort à l'Université d'Édimbourg, au Royaume-Uni.
Au-delà de ses applications immédiates, Da Costa dit que nous pourrions même être en mesure de tester les théories de la conscience. «Si quelqu'un a une théorie de la conscience, il pourrait être en mesure de poser des questions à ces données, ce qui pourrait alors soutenir sa théorie ou le rejeter.»
Le travail s'appuie sur une autre étude publiée l'année dernière qui a cartographié tous les neurones du cerveau de mouches adultes – une percée qui a déjà révolutionné le domaine, explique Rochefort. Par exemple, cela a aidé les scientifiques à mieux comprendre les rythmes circadiens qui affectent tout, du sommeil au métabolisme.
Elle dit que cette nouvelle carte sera inestimable, permettant aux chercheurs de faire des comparaisons entre l'informatique et d'autres cartes de différentes espèces pour examiner quelles cellules, les principes de câblage et les propriétés fonctionnelles sont spécifiques à une espèce ou conservés à travers plusieurs d'entre eux, «en fin de compte sur ce qui rend nous humains».
Le projet est publié dans une série de huit articles dans les revues de la nature.
