Une équipe internationale est parvenue à cartographier l’ensemble des neurones et connexions du cerveau de la mouche drosophile, une avancée majeure pour les neurosciences dont les résultats ont été publiés dans Nature. « Un être humain sur trois dans le monde vit avec un trouble neurologique ou neuropsychiatrique et la plupart d’entre eux sont liés à des+troubles des circuits+, c’est-à-dire que quelque chose ne fonctionne pas correctement dans la manière dont les neurones communiquent entre eux dans le cerveau », rappelle John Ngai, directeur de l’institut américain NIH Brain Initiative.
Pourtant, « nous ne savons que trop peu de choses sur les circuits du cerveau humain pour être en mesure de proposer des traitements », a-t-il poursuivi lors d’une conférence de presse présentant le « connectome » complet de la drosophile, une étape majeure dans la compréhension de ces mécanismes. Un connectome est une représentation des connexions neuronales dans un cerveau, qui décrit comment les neurones interagissent entre eux pour former des circuits cérébraux. Le terme fait référence au génome, le matériel génétique d’un organisme, dont les premiers déchiffrages ont révolutionné la science et la médecine. Il aura fallu dix ans aux centaines de chercheurs du consortium « Flywire » pour cartographier les 140 000 neurones et 50 millions de synapses du cerveau de la drosophile.
Cette mouche minuscule, qui vole autour des fruits dans nos cuisines, est un modèle important pour les neurosciences, car son cerveau résout de nombreux problèmes similaires aux nôtres. Elle est capable de comportements sophistiqués comme la marche et le vol, l’apprentissage, la mémoire, la navigation et même les interactions sociales. Pas plus gros qu’un grain de sable, le cerveau d’une drosophile a d’abord été découpé en 7000 sections, photographiées ensuite à l’aide de microscopes à très haute résolution et assemblées pour former une image du cerveau en 3D.
« Nous avons commencé par identifier manuellement les neurones, mais nous avons estimé qu’il faudrait plus de 4000 années de travail humain pour produire le connectome », raconte Gregory Jefferis, du laboratoire de biologie moléculaire de Cambridge. Le consortium a alors fait appel à l’intelligence artificielle. « Mais l’IA fait des erreurs dans la reconstruction des neurones et celles-ci devaient être corrigées manuellement », relate Mala Murthy de l’Université de Princeton, co-fondatrice du consortium, qui a alors « ouvert les données à toute la communauté des neuroscientifiques travaillant sur les différentes parties du cerveau de la mouche pour qu’ils nous aident ».
Une fois la carte établie, les neuroscientifiques ont étiqueté les différents types de neurones et de connexions. Un peu comme « Google Maps, mais pour le cerveau », explique M. Jefferis. « Le diagramme des connexions brutes, c’est un peu comme avoir une image satellite de la Terre, montrant des rues, des bâtiments, des rivières. Annoter les neurones, c’est mettre des noms de rues et de villes, des horaires d’ouverture… », explique le chercheur. « Vous avez besoin à la fois de la carte de base et de ces annotations pour que cela soit vraiment utile aux scientifiques ».
Les neuroscientifiques ont ainsi défini plus de 8000 types cellulaires, ce qui en fait l’atlas le plus vaste jamais réalisé. Ils ont aussi utilisé l’IA pour prédire le neurotransmetteur de chaque neurone, et savoir si les connexions sont excitatrices ou inhibitrices. Ce travail a déjà permis plusieurs avancées dans la compréhension des fonctions visuelles, olfactives ou motrices de la mouche. Mais si ce connectome est un « jalon crucial », la tâche reste « immense » pour arriver à comprendre le fonctionnement du cerveau, avertit M. Ngai.
« La fonction de la plupart des types cellulaires du cerveau de la mouche est encore inconnue », précise Sebastian Seung, neuroscientifique à Princeton. Sebastian Seung souligne le besoin « d’autres types de mesures dans les cerveaux vivants pour comprendre comment ces circuits complexes sous-tendent le comportement ». Tout comme le séquençage des génomes de petits organismes a conduit au développement rapide du séquençage de génomes des mammifères, le connectome de la drosophile va servir de base pour cartographier des cerveaux plus complexes. Le connectome du cerveau humain – environ un million de fois plus complexe que celui de la drosophile, avec 86 milliards de neurones – est pour le moment hors de portée. La prochaine étape est la cartographie du cerveau de la souris, que les chercheurs espèrent établir d’ici cinq à dix ans.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
