Cerveau : La recherche fascinante sur une mouche qui fera la lumière sur le processus de pensée humaine

L’un des responsables de la recherche a déclaré qu’elle apporterait un nouvel éclairage sur « le mécanisme de la pensée ».

Le Dr Gregory Jefferis, du Laboratoire de biologie moléculaire (LMB) du Medical Research Council de Cambridge, au Royaume-Uni, a déclaré à la BBC que nous n’avons actuellement aucune idée de la manière dont le réseau de cellules cérébrales dans chaque tête nous permet d’interagir entre nous et avec le monde qui nous entoure .

« Quelles sont les connexions ? Comment les signaux circulent à travers le système qui nous permet de traiter les informations pour reconnaître votre visage, qui vous permet d’entendre ma voix et de convertir ces mots en signaux électriques ? »

« La cartographie du cerveau de la mouche est vraiment extraordinaire et nous aidera à comprendre le fonctionnement de notre propre cerveau. »

Les humains possèdent un million de fois plus de cellules cérébrales, ou neurones, que la mouche des fruits étudiée. Alors, comment le schéma de câblage du cerveau d’un insecte peut-il aider les scientifiques à comprendre notre façon de penser ?

Les images obtenues par les scientifiques et publiées dans la revue Nature montrent un enchevêtrement de câbles aussi beau que complexe.

Sa forme et sa structure sont la clé pour expliquer comment un si petit organe peut effectuer des tâches de calcul aussi puissantes.

Développer un ordinateur de la taille d’une graine de pavot, capable d’accomplir toutes ces tâches, dépasse de loin les capacités de la science moderne.

Le Dr Mala Murthy, l’un des codirecteurs du projet de l’Université de Princeton aux États-Unis, a déclaré que le nouveau schéma de câblage, connu scientifiquement sous le nom de connectome , allait être « transformateur pour les neuroscientifiques ».

« Cela aidera les chercheurs à mieux comprendre le fonctionnement d’un cerveau sain. À l’avenir, nous espérons qu’il sera possible de comparer ce qui se passe lorsque les choses tournent mal dans notre cerveau. »

C’est un point de vue soutenu par le Dr Lucía Prieto-Godino, responsable du groupe de recherche sur le cerveau au Francis Crick Institute de Londres, qui ne fait pas partie de l’équipe de recherche.

« Les chercheurs ont réalisé les connectomes d’un simple ver qui a 300 fils et d’un ver qui en a 3 000, mais avoir un connectome complet de quelque chose avec 130 000 fils est une prouesse technique étonnante qui ouvre la voie à la recherche des connectomes de cerveaux plus gros. » celui de la souris et peut-être d’ici plusieurs décennies le nôtre.

Les chercheurs ont réussi à identifier des circuits distincts pour de nombreuses fonctions individuelles et à montrer comment ils sont connectés.

Par exemple, les câbles impliqués dans le mouvement se trouvent à la base du cerveau, tandis que ceux qui traitent la vision se trouvent sur le côté. Dans ce dernier cas, beaucoup plus de neurones sont impliqués car la vision nécessite bien plus de capacité de calcul.

Même si les scientifiques connaissaient déjà les circuits séparément, ils ne savaient pas comment ils étaient connectés les uns aux autres.

D’autres chercheurs utilisent déjà des schémas de circuit, par exemple, pour comprendre pourquoi les mouches sont si difficiles à attraper.

Des circuits de vision détectent la direction d’où vient le journal roulé et transmettent le signal aux pattes de la mouche.

Mais surtout, ils envoient un signal de saut plus fort aux pattes qui s’éloignent de l’objet qui pourrait les percuter. On pourrait dire qu’ils sautent sans avoir à réfléchir, littéralement plus vite que la vitesse de la pensée .

Cette découverte pourrait expliquer pourquoi nous, les humains maladroits, tuons rarement les mouches.

Le schéma de câblage a été réalisé en découpant le cerveau d’une mouche avec ce qui est essentiellement une râpe à fromage microscopique et en prenant des photographies de chacune des 7 000 tranches qui ont ensuite été assemblées numériquement.

Ensuite, l’équipe de Princeton a appliqué l’intelligence artificielle pour extraire les formes et les connexions de tous les neurones. Mais l’IA n’était pas parfaite : les chercheurs ont dû corriger manuellement plus de trois millions d’erreurs.

C’était en soi une prouesse technique, mais le travail n’était qu’à moitié réalisé. Selon Philipp Schlegel, également du Laboratoire de biologie moléculaire du Conseil de recherches médicales, la carte seule n’avait aucun sens si la fonction de chaque fil n’était pas décrite.

« Ces données sont un peu comme Google Maps mais pour les cerveaux : le schéma brut du câblage entre les neurones, c’est comme savoir quelles structures correspondent aux rues et aux bâtiments. »

« Décrire les neurones, c’est comme ajouter des noms de rues et de villes, des heures d’ouverture d’entreprises, des numéros de téléphone, des avis, etc. à la carte. Vous avez besoin des deux pour que la carte soit vraiment utile. »

Le connectome de mouche est à la disposition de tout scientifique souhaitant l’utiliser pour orienter ses recherches. Schlegel estime que le monde des neurosciences connaîtra « une avalanche de découvertes au cours des deux prochaines années » grâce à cette nouvelle carte.

Le cerveau humain est beaucoup plus gros que celui de la mouche et nous ne disposons pas encore de la technologie nécessaire pour capturer toutes les informations sur son câblage.

Mais les chercheurs pensent que d’ici 30 ans, il sera peut-être possible d’avoir un connectome humain. Le cerveau de la mouche, disent-ils, est le début d’une compréhension nouvelle et plus profonde du fonctionnement de notre propre esprit.

La recherche a été menée par une vaste collaboration internationale de scientifiques, appelée FlyWire Consortium.