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Si vous croyez que les mouches ne sont que des nuisibles ennuyeux, il est temps de revoir votre jugement. Ces petites créatures possèdent un cerveau qui pourrait révéler des secrets fascinants sur le fonctionnement de notre propre esprit et expliquer pourquoi nous agissons comme nous le faisons.
Une étude récente, publiée dans la revue Nature, a plongé dans les profondeurs du cerveau d'une mouche à fruits, où des scientifiques ont cartographié la position, la forme et les connexions de ses 130 000 neurones et 50 millions de synapses. Considérée comme l'analyse la plus approfondie jamais réalisée sur le cerveau d'un animal adulte, cette cartographie marque un tournant majeur dans le domaine des neurosciences, un chercheur la qualifiant de "Google Maps pour explorer les cerveaux".
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Sebastian Seung, professeur d'informatique et de neurosciences à l'université de Princeton et codirecteur du projet de recherche, a soulevé une question intrigante : "Pourquoi devrions-nous nous intéresser au cerveau d'une mouche des fruits ?". Sa réponse, à la fois simple et profonde, est la suivante : comprendre le fonctionnement de n'importe quel cerveau peut offrir des informations précieuses sur le fonctionnement de tous les cerveaux.
Souvent perçues comme de simples nuisances, les mouches ont pourtant occupé une place importante dans la culture humaine à travers l'histoire. Que ce soit dans l'art, la littérature, le folklore ou la superstition, ces petits insectes ont fasciné notre imagination et portent une symbolique profonde.
Dans l'ancienne culture égyptienne, les mouches étaient symboliquement liées à la guerre, à la mort et à la destruction. L'"Ordre de la mouche d'or" était une distinction honorifique remise aux soldats valeureux, symbolisant l'endurance et la ténacité de l'insecte. Les mouches étaient également perçues comme des messagères du monde souterrain, guidant les âmes des défunts vers l'au-delà.
Les mouches sont d'excellents bioindicateurs, fournissant des informations précieuses sur la santé de l'environnement. Certaines espèces sont particulièrement sensibles à la pollution, et leur présence ou absence permet de diagnostiquer l'état d'un écosystème.
Depuis plus d'un siècle, les mouches des fruits ont été des alliées essentielles pour les chercheurs dans l'étude des mécanismes de transmission, de la biologie du développement et des voies de signalisation cellulaire. Elles ont également joué un rôle clé dans la compréhension des bases génétiques de nombreuses maladies, dont le cancer et les troubles neurodégénératifs.
Autrefois vilipendées comme des symboles de décomposition, les mouches sont désormais reconnues comme des acteurs clés du progrès scientifique. Elles ont joué un rôle crucial dans l'avancement de notre compréhension de la biologie, de la médecine et de la durabilité environnementale.
Les mouches des fruits partagent environ 60 % de leurs gènes avec les humains, ce qui en fait des modèles idéaux pour étudier la biologie et les maladies humaines. Leurs similitudes avec nous, comme les schémas de vieillissement, les réactions à la caféine et les comportements de reproduction, mettent en lumière l'importance d'étudier leur cerveau pour mieux comprendre notre propre fonctionnement.
Bien que le cerveau des mouches des fruits soit plus petit qu'une tête d'épingle, il est d'une complexité incroyable, capable d'exécuter des tâches sophistiquées. En explorant ces circuits neuronaux, les scientifiques ont acquis des connaissances précieuses sur des comportements, comme par exemple la raison pour laquelle les mouches sont si difficiles à écraser.
Les circuits visuels des mouches leur permettent de détecter la direction d'une menace qui s'approche avec une précision étonnante. Lorsque notre journal se roule, leurs circuits envoient un signal puissant aux pattes, les incitant à sauter dans la direction opposée au danger. Ainsi, elles réagissent instinctivement, littéralement plus vite que la pensée.
Les schémas de câblage cérébral, appelés connectomes, offrent une véritable carte que les scientifiques peuvent utiliser pour effectuer des comparaisons et des extensions avec d'autres espèces. Jusqu'à récemment, les chercheurs n'avaient accès qu'aux connectomes d'un simple ver, avec 300 neurones, et d'un asticot, qui en possède 3 000.
La création du schéma cérébral de la mouche a été une tâche colossale, rendue possible grâce à la collaboration d'une équipe internationale de scientifiques. Ce projet ambitieux, digne d'un scénario de film Marvel, a conduit à la formation du consortium FlyWire.
Pour élaborer le schéma de câblage, les scientifiques ont minutieusement découpé le cerveau d'une mouche en 7 000 fines sections, grâce à une technique microscopique rappelant l'usage d'une râpe à fromage. Chaque tranche a été photographiée puis reconstruite numériquement. Un microscope électronique a permis de visualiser des structures aussi petites que quatre millionièmes de millimètre.
Les chercheurs ont ensuite utilisé l'intelligence artificielle pour analyser des millions d'images, afin de cartographier le réseau complexe de neurones et de connexions synaptiques dans le cerveau de la mouche.
Bien que puissante, l'intelligence artificielle n'a pas pu automatiser entièrement le processus. Les chercheurs ont dû manuellement corriger plus de trois millions d'erreurs dans la carte générée. Ce travail titanesque a mobilisé une équipe internationale de scientifiques et de bénévoles.
Il reste encore énormément de travail à accomplir. Comme l'explique Philipp Schlegel, du laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council, la carte n'aura de véritable valeur que lorsque chaque connexion neuronale aura été associée à une fonction précise.
Philipp Schlegel utilise une analogie pertinente en disant que la carte du cerveau ressemble à un Google Maps de l'esprit. Elle révèle les connexions entre les neurones, tout comme une carte montre les rues et les bâtiments. "Cependant, pour vraiment comprendre comment fonctionne le cerveau, il nous faut ajouter des éléments comme les noms de rue, les noms de villes, les heures d'ouverture, les numéros de téléphone et même les avis. Ce n'est qu'ainsi que nous pourrons naviguer dans ce paysage complexe et en extraire des informations significatives", explique-t-il.
En examinant la carte du cerveau, les chercheurs ont pu repérer des circuits neuronaux spécifiques associés à différentes fonctions. Par exemple, les circuits liés au mouvement se trouvent à la base du cerveau, tandis que ceux impliqués dans le traitement visuel sont situés sur les côtés.
Le traitement visuel demande une puissance de calcul bien plus élevée que celle requise pour le mouvement, ce qui se traduit par une plus grande quantité de neurones impliqués dans ces circuits. Bien que les scientifiques aient identifié des circuits distincts pour la vision et le mouvement, les connexions entre ces deux systèmes demeuraient jusqu'à présent mystérieuses.
Les chercheurs ont identifié environ 140 000 neurones, dont 98 % ont été classés, ainsi que plus de 50 millions de synapses.
Grâce à la carte détaillée du cerveau, les chercheurs ont pu identifier des neurones spécialisés aux fonctions distinctes. Les neurones dits "interrogateurs" intègrent divers types d'informations, tandis que les neurones "diffuseurs" coordonnent l'activité de différents circuits neuronaux. De plus, un circuit particulier, responsable de l'arrêt du mouvement chez la mouche des fruits, a été mis en évidence.
Le cerveau humain, étant beaucoup plus grand et complexe que celui d'une mouche, représente un défi majeur pour réaliser une cartographie complète de ses structures.
L'obtention du connectome complet d'une mouche et de ses 130 000 neurones est une réalisation technique remarquable qui ouvre la voie à l'étude des connectomes de cerveaux plus grands, comme celui de la souris, et, peut-être dans quelques décennies, à celui du cerveau humain.
Les limites de la technologie actuelle entravent notre compréhension des subtilités de notre réseau neuronal. Bien que les scanners cérébraux puissent mettre en lumière certains éléments du câblage cérébral, même les outils les plus sophistiqués ne fournissent qu'une vue d'ensemble incomplète de cette structure complexe.
Si notre cerveau contient un million de fois plus de neurones que celui de la mouche à fruits étudiée, en quoi le schéma de câblage de ce petit insecte peut-il aider les scientifiques à mieux comprendre nos propres processus de pensée ?
Philipp Schlegel anticipe que cette nouvelle carte du cerveau ouvrira la voie à une série de découvertes passionnantes en neurosciences dans les années à venir. En examinant le connectome de la mouche des fruits, les chercheurs espèrent acquérir une meilleure compréhension du fonctionnement d'un cerveau sain.
En cartographiant les connexions neuronales dans des zones précises du cerveau humain, les chercheurs visent à éclaircir les causes sous-jacentes des troubles neuropsychiatriques et d'autres affections cérébrales. John Ngai, directeur de la Brain Initiative des National Institutes of Health, souligne bien cette nécessité : "Nous ne pouvons pas réparer ce que nous ne comprenons pas. C'est pourquoi il est crucial de saisir l'architecture du cerveau".
Cartographier l'intégralité du cerveau humain, qui compte 86 milliards de neurones et des billions de connexions, représente un défi monumental. Étant donné que notre cerveau est environ un million de fois plus complexe que celui de la mouche à fruits, produire un schéma de câblage impliquerait de collecter une quantité incroyable de données, équivalente à celle de l'ensemble du trafic Internet mondial sur une année.
Sources : (FlyWire) (Nature) (BBC) (The Guardian) (Harvard Medical School) (Medium)
Voir aussi : Ces signes montrent que votre cerveau vieillit plus vite que vous
Comment fonctionne votre cerveau ? Demandez à une mouche !
Les scientifiques utilisent le cerveau des mouches pour comprendre le cerveau humain
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Si vous croyez que les mouches ne sont que des nuisibles ennuyeux, il est temps de revoir votre jugement. Ces petites créatures possèdent un cerveau qui pourrait révéler des secrets fascinants sur le fonctionnement de notre propre esprit et expliquer pourquoi nous agissons comme nous le faisons.
Une étude récente, publiée dans la revue Nature, a plongé dans les profondeurs du cerveau d'une mouche à fruits, où des scientifiques ont cartographié la position, la forme et les connexions de ses 130 000 neurones et 50 millions de synapses. Considérée comme l'analyse la plus approfondie jamais réalisée sur le cerveau d'un animal adulte, cette cartographie marque un tournant majeur dans le domaine des neurosciences, un chercheur la qualifiant de "Google Maps pour explorer les cerveaux".
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