Google et Harvard parviennent à une cartographie sans précédent du cerveau humain

Un projet révolutionnaire mené par l'Université Harvard et Google a permis de produire la carte la plus détaillée des connexions cérébrales humaines à ce jour. Cette réalisation porte sur un millimètre cube du cortex cérébral, extrait d'un patient lors d'une opération chirurgicale pour épilepsie en 2014. Pendant plus d'une décennie, une équipe de biologistes et d'experts en apprentissage automatique a méticuleusement analysé ce petit échantillon de tissu, qui contient environ 57 000 cellules et 150 millions de synapses. Leur travail marque une avancée significative dans la science du cerveau, offrant un niveau de détail sans précédent dans la compréhension du câblage cérébral.

Techniques de cartographie avancées

Le processus a commencé par la coloration du tissu cérébral à l’aide de métaux lourds, qui se lient aux membranes lipidiques des cellules, les rendant visibles au microscope électronique. Le tissu a ensuite été noyé dans de la résine et découpé en sections extrêmement fines, chacune d’à peine 34 nanomètres d’épaisseur. Cette technique a transformé un problème 3D complexe en un problème 2D plus gérable, ce qui a donné lieu à un ensemble de données colossal de 1,4 pétaoctet. Pour assembler ces tranches 2D en un modèle 3D cohérent, l’équipe a utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique développés en collaboration avec Google. Cela impliquait d’aligner les images et de segmenter automatiquement les différents types de cellules, bien que des ajustements manuels aient été nécessaires pour affiner la précision de ces segments.

Perspectives et défis

La carte obtenue révèle une mine d'informations sur la structure cellulaire du cerveau. Elle a permis d'identifier des neurones dotés de plus de 50 synapses, un détail jusqu'alors négligé et potentiellement crucial pour comprendre le traitement cortical. Cependant, le projet est confronté à des défis, comme la vérification manuelle de la grande quantité de données pour corriger les erreurs de segmentation. Certaines cellules, comme les structures ovoïdes non identifiables et les cellules enchevêtrées, restent énigmatiques. Ces anomalies pourraient apporter de nouvelles perspectives, mais nécessitent des recherches plus approfondies.

Implications pour la recherche future

La carte cérébrale est désormais accessible au public, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche. Elle est prometteuse pour l’avancement de nos connaissances sur les troubles de santé mentale, comme la schizophrénie, et pourrait inspirer des améliorations en matière d’IA en imitant les fonctions cérébrales. Les projets futurs incluent l’extension de cette recherche à des cerveaux de souris entiers et à d’autres régions du cerveau humain, ce qui pourrait conduire à de nouvelles avancées en neurosciences et dans des domaines connexes.