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Une équipe scientifique internationale a construit la première carte du cerveau d’un insecte adulte, offrant ainsi une avancée potentielle dans notre compréhension du fonctionnement de cet organe et des raisons pour lesquelles il est endommagé par les maladies neurologiques.
Le projet a permis de tracer l’ensemble des 149 mètres de câblage biologique qui constituent le cerveau d’une mouche des fruits, de la taille d’une graine de pavot, et qui régissent la vie de l’organisme. Cela promet d’améliorer les connaissances sur le cerveau humain puisque les organes des deux espèces partagent de nombreuses caractéristiques communes, notamment des gènes liés à des maladies neurologiques qui affectent des milliards de personnes dans le monde.
« ÔL’une des questions majeures que nous abordons est de savoir comment le câblage du cerveau, ses neurones et ses connexions peuvent donner lieu à un comportement animal », a déclaré Mala Murthy, co-responsable du consortium de recherche FlyWire et professeur de neurosciences à l’Université de Princeton. « Les mouches sont un système modèle important pour les neurosciences, car leur cerveau résout bon nombre des mêmes problèmes que nous. »
L’entreprise, publié dans Nature mercrediavait des parallèles avec le projet sur le génome humain, conclu en 2003, ont indiqué les chercheurs. Cette mission de séquençage a contribué à de nombreuses découvertes sur les maladies.
FlyWire visait à tracer un « connectome » – un ensemble de voies possibles permettant à l’information de circuler entre les cellules neuronales qui composent le cerveau et les synapses qui les relient. Les chercheurs ont découpé le cerveau du Drosophile des mouches des fruits en plus de 7 000 sections, les a analysées à l’aide de microscopes puissants et a restitué les résultats sous forme d’image 3D.
Le diagramme brut a ensuite été annoté pour identifier des milliers de types de cellules caractéristiques différents, ce qu’un scientifique a décrit comme l’ajout de fonctionnalités telles que les noms de rues et les heures d’ouverture des entreprises sur une carte Google. Le projet a utilisé le crowdsourcing pour rassembler des « scientifiques citoyens » afin d’alléger un fardeau de relecture qui aurait pris environ 33 ans à une seule personne.
Le résultat Drosophile Un connectome d’environ 140 000 neurones et 50 mn de connexions synaptiques sont à la disposition des chercheurs pour gratuit en ligne. Les scientifiques ont déjà commencé à étudier la manière dont certaines parties de la structure cérébrale pourraient être liées à des fonctions telles que la marche, la dégustation et la vue.
« Si nous pouvons vraiment comprendre le fonctionnement d’un cerveau, cela nous apprendra forcément quelque chose sur tous les cerveaux », a déclaré Sebastian Seung, autre co-auteur des articles Nature et professeur à Princeton. « Il est juste de dire que la dernière décennie a été marquée par des progrès révolutionnaires dans la compréhension du cerveau des mouches. »
Le connectome offre une « vérité terrain » qui pourrait contribuer à alimenter la recherche sur les maladies neurologiques, a déclaré John Ngai, co-auteur et directeur de l’initiative BRAIN aux National Institutes of Health des États-Unis.
Plus de 40 pour cent de la population mondiale a souffert de problèmes du système nerveux tels que des accidents vasculaires cérébraux, de la démence et des migraines en 2021, selon une étude publiée en mars.
« Avoir cette carte en main est nécessaire – mais pas suffisant », a déclaré Ngai. « Cela nous permettra vraiment de poser de meilleures questions et des questions plus précises. »
Un projet distinct a commencé à cartographier le cerveau d’une souris, estimé à un million de fois plus gros que celui d’un bébé drosophile. Le cerveau humain représente un défi encore plus difficile : il contient plus de 80 milliards de neurones et 100 000 milliards de connexions.
L’analogie du génome suggère comment les futurs travaux sur les structures cérébrales pourraient surmonter les limites de FlyWire, telles que son manque de données sur les modes de communication non synaptiques des neurones, a déclaré Anita Devineni, professeur adjoint à l’Université Emory. Comme pour les travaux sur le génome, le développement de meilleures cartes cérébrales permettra de progresser dans des domaines tels que les algorithmes d’intelligence artificielle.
Dans un commentaire publié dans Nature, Devineni a déclaré que FlyWire avait « conduit des avancées technologiques et conceptuelles qui faciliteront la reconstruction et l’interprétation des futurs connectomes dans Drosophile et d’autres espèces ».
Illustration de Ian Bott