Le cerveau humain, avec ses milliards de neurones et ses billions de connexions, reste l'une des structures les plus complexes de l'univers connu. Comprendre son câblage complexe est depuis longtemps un objectif des neuroscientifiques. Récemment, un effort de collaboration mené par le consortium MICrONS a permis de faire un pas important dans cette direction en cartographiant un millimètre cube du cortex visuel d'une souris avec un niveau de détail sans précédent.

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Le projet MICrONS : Une vue d'ensemble

Le projet Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS) est une initiative collaborative impliquant plus de 150 chercheurs de diverses institutions américaines. Financé par la BRAIN Initiative et l'IARPA, le projet a pour objectif principal de combler le fossé entre l'observation de l'activité neuronale et la compréhension des connexions neuronales sous-jacentes.

Dans leur récente étude, l'équipe s'est concentrée sur une minuscule section du cortex visuel du cerveau de la souris, une zone responsable du traitement des informations visuelles. Malgré sa taille minuscule - comparable à un grain de sable - cette région contient environ 76 000 neurones et plus de 500 millions de synapses.‍

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Méthodologie : Regarder des films et cartographier les neurones

Pour stimuler le cortex visuel de la souris, les chercheurs lui ont montré des clips de différents films, dont "Matrix" et "Star Wars". La souris a été génétiquement modifiée pour que ses neurones deviennent fluorescents lorsqu'ils sont activés, ce qui a permis aux scientifiques d'enregistrer l'activité cérébrale en temps réel à l'aide de techniques de microscopie avancées.

Après avoir enregistré l'activité neuronale, l'équipe a extrait le tissu cérébral et utilisé la microscopie électronique pour capturer des images haute résolution des neurones et de leurs connexions. À l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique, ils ont reconstruit une carte en 3D du réseau neuronal, détaillant le réseau complexe de connexions au sein de cette minuscule région du cerveau.

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Principales conclusions et implications

Le connectome qui en résulte est le plus détaillé de sa catégorie pour un cerveau de mammifère, surpassant les efforts précédents à la fois en termes d'échelle et de résolution. Voici quelques-unes des découvertes les plus marquantes.

• Connexions inhibitrices à longue portée : L'étude a révélé que les neurones inhibiteurs, qui suppriment l'activité d'autres neurones, peuvent former des connexions sur de plus longues distances qu'on ne le pensait auparavant, ce qui suggère l'existence d'un mécanisme de régulation plus complexe dans les réseaux neuronaux du cerveau.
• Intégration fonctionnelle et structurelle : En combinant les données fonctionnelles (activité neuronale) et les données structurelles (connexions neuronales), la recherche permet de mieux comprendre comment des circuits neuronaux spécifiques traitent l'information.

Ces découvertes ont des implications importantes pour la compréhension de divers troubles neurologiques, tels que la maladie d'Alzheimer et la sclérose en plaques, où les perturbations de la connectivité neuronale jouent un rôle crucial.

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L'avenir de la connectomique

Bien que cette étude constitue une réalisation importante, elle ne représente que le début d'un effort plus large visant à cartographier des cerveaux entiers à ce niveau de détail. Les technologies et les méthodologies développées dans le cadre du projet MICrONS ouvrent la voie à de futures recherches sur des régions cérébrales plus vastes et, à terme, sur des connectomes cérébraux entiers.

Ces cartes complètes pourraient révolutionner notre compréhension des fonctions cérébrales, du développement et des troubles, et déboucher sur de nouvelles stratégies et interventions thérapeutiques.

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Conclusion

Le succès du projet MICrONS, qui a permis de cartographier une région minuscule mais complexe du cerveau de la souris, souligne les progrès incroyables réalisés dans le domaine des neurosciences et de la technologie. En éclairant le réseau complexe des connexions neuronales, cette recherche nous rapproche de la découverte des mystères du cerveau et de la mise au point de traitements ciblés pour les maladies neurologiques.

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