lundi, 10 décembre 2018
Premier atlas virtuel en 3D de toutes les cellules du cerveau de souris
Le premier atlas complet en 3D du cerveau de souris vient d’être lancé conjointement avec la publication des travaux ayant permis sa réalisation dans la revue Frontiers in Neuroinformatics. Intitulé A Cell Atlas for the Mouse Brain, cet article détaille les nombreuses étapes qui ont rendu possible le Blue Brain Cell Atlas, accessible sur Internet par son portail.
On y apprend d’abord que malgré les innombrables études où l’on fait des tranches de cerveau de souris en y colorant les cellules pour le compter et les localiser, seulement environ 4% des régions du cerveau comportent des données pour ces deux paramètres. Car étudier la composition et l’architecture cellulaire de véritables cerveaux de souris comporte d’énormes difficultés à l’échelle microscopique de la visualisation des cellules, rappelle Henry Markram, l’auteur principal de l’article (imaginez alors avec le cerveau humain…).
C’est pourquoi, la puissance des ordinateurs rendant maintenant cela possible, l’on se tourne vers la construction d’atlas virtuels en 3D pour pouvoir ensuite naviguer sans contrainte dans cette géographie complexe et mieux la comprendre. Comme l’explique l’un des auteurs de ce modèle 3D, on peut faire une analogie entre les premières cartes géographiques dessinées à la main (la tranche de cerveau de rat où l’on applique des colorants pour voir les cellules) et Google Map aujourd’hui où l’on peut zoomer à différentes échelles pour explorer les détails de n’importe quel racoin de la Terre. Exactement comme cet atlas 3D nous permet aussi de zoomer pour explorer chaque racoin du cerveau de souris.
Or, ce qui est quand même fabuleux ici, c’est que tout comme Google Map va nous montrer avec précision jusqu’à la petite rue où vous habitez, de même le Blue Brain Cell Atlas va vous monter dans tel sous-régions de telle petite structure cérébrale combien il y a de cellules et comment elles sont disposées. Un prérequis essentiel dans la longue et périlleuse entreprise de compréhension de l’architecture et éventuellement de la connectivité globale des neurones du cerveau.
Là où le modèle impressionne également c’est dans les types cellulaires représentés. On y fait par exemple la distinction entre les deux grandes familles de neurone du cerveau, les neurones excitateurs et les neurones inhibiteurs. Les premiers, comme leur nom l’indique, favorisent le déclenchement d’un influx nerveux dans les neurones qu’ils rejoignent. Et les seconds le rendent plus improbable. Et c’est cette subtile balance entre excitation et inhibition qui va permettre l’émergence de juste assez d’oscillation dans notre activité cérébrale pour que la pensée soit possible. Trop d’excitation pour X raisons, et c’est la crise d’épilepsie. Trop d’inhibition pour Y raisons, et c’est l’EEG quasi plat, voire le coma.
On voit donc rapidement l’intérêt du Blue Brain Cell Atlas qui permet maintenant à tout le monde d’y découvrir le nombre et l’emplacement des neurones dans les 96% des régions du cerveau de souris dont il n’y avait à peu près pas de données disponibles (l’Atlas est ouvert à tous et la communauté scientifique est invitée à le mettre à jour au fil de leur découvertes).
On a parlé des neurones à date mais le Blue Brain Cell Atlas est un atlas de toutes les cellules du cerveau, et donc également de l’autre moitié du cerveau trop souvent négligé, les cellules gliales. Et encore ici, il permet de distinguer entre les trois principaux sous-types, soit les astrocytes, les oligodendrocytes et la microglie. Pas étonnant que ça ait pris 5 ans de travail pour transformer des milliers de tranches de tissus colorées avec ces différents types cellulaires (fournies surtout par le Allen Institute for Brain Science) pour créer ces points virtuels dans le modèle.
J’attire ici l’attention sur le fait que les cellules ainsi cartographiées ne sont représentées que par des points. Il aurait été bien trop complexe de tenter avec ces méthodes de dessiner la moindre dendrite ou le moindre axone des neurones. Ce travail a toutefois été réalisé pour une région bien plus petite du cerveau de souris, soit une colonne corticale contenant environ 10000 neurones (sur environ 71 millions de neurones dans le cerveau de souris entier). Publié en 2015 alors qu’il avait été annoncé pour 20o8, ce modèle attendu (c’est le cas de le dire) était aussi le fruit du travail d’Henry Markram et de ses nombreux collègues du Human Brain Project. Très nombreux en fait, plus d’une soixantaine. Et comme de telles simulations impliquent beaucoup de monde et de gros sous, il y avait eu toutes sortes de problèmes liés aux objectifs et au mode de gouvernance de ce Human Brain Project.
Je n’ai pas le temps de retourner fouiller dans les potins scientifiques pour savoir comment avait évolué cette affaire jusqu’à la fin, mais il semble que le Blue Brain Project (l’initiative de Markram à l’origine du Human Brain Project) ait survécu et nous apporte aujourd’hui ce premier atlas 3D complet du cerveau de souris.
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