Des chercheurs dirigés par le campus Janelia de l'Institut médical Howard Hughes, avec Google Research et des partenaires internationaux, ont publié le schéma complet des connexions du cerveau et du système nerveux central d'une mouche du vinaigre mâle adulte. La ressource comprend 166 391 neurones et environ 125 millions de connexions synaptiques. Selon Google Research et l'étude parue dans Cell, il s'agit de la plus grande carte complète d'un cerveau à ce jour si l'on considère le nombre de neurones.
Cette carte, appelée connectome, décrit la forme tridimensionnelle des neurones et les synapses par lesquelles ils communiquent. Elle couvre le cerveau central, les lobes optiques et le cordon nerveux ventral, structure comparable à la moelle épinière des vertébrés. Cette étendue permet de suivre les informations de l'odorat, de la vision et de l'ouïe jusqu'aux circuits commandant la marche, le vol et d'autres mouvements.
Les scientifiques ont construit l'ensemble de données à partir d'images de microscopie électronique extrêmement détaillées recueillies pendant plusieurs années. Des algorithmes de Google Research ont assemblé des millions d'images en deux dimensions et produit les premières reconstructions tridimensionnelles, puis des spécialistes de Janelia les ont vérifiées et corrigées. L'équipe souligne que l'intelligence artificielle et la relecture humaine étaient toutes deux indispensables, car les formes neuronales sont complexes et une segmentation automatique peut réunir ou séparer des cellules par erreur.
Le connectome mâle peut désormais être comparé aux cartes femelles déjà achevées. Les chercheurs indiquent que 4,8 % des neurones du cerveau mâle et 2,4 % de ceux du cerveau femelle appartiennent à des types cellulaires propres à chaque sexe, tandis qu'une autre partie des neurones mâles présente des connexions différentes. Ces écarts se concentrent dans des circuits supérieurs de traitement et offrent des pistes vérifiables pour étudier la parade nuptiale, l'agressivité et d'autres comportements liés au sexe, sans signifier que les deux systèmes sont globalement différents.
Les mouches du vinaigre constituent un modèle essentiel en génétique et en neurosciences grâce à leur cycle de vie court, à leurs comportements reproductibles et à des mécanismes biologiques communs aux animaux. Il reste impossible de cartographier avec une résolution similaire les 86 milliards de neurones du cerveau humain. Les petits systèmes nerveux fournissent donc un moyen réaliste de tester comment le câblage produit perception, décision et action, et les laboratoires pourront repérer des circuits avant des expériences ciblées.
Les auteurs ont rendu accessibles en ligne les images, reconstructions, annotations et données de connectivité grâce à des outils de visualisation et de téléchargement. La carte est une référence structurelle, et non un enregistrement des pensées ni une explication complète du comportement; ses prédictions devront encore être testées sur des mouches vivantes. Elle servira d'abord à comparer les individus et les sexes, à relier certains circuits au comportement et à perfectionner des méthodes applicables un jour à des systèmes nerveux plus vastes.
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