Trois mille neurones générant plus de 500.000 synapses, voici le tableau du plus complet connectome (ensemble des connexions neuronales d’un organisme) réalisé à ce jour. L’exploit est issu d’un effort commun entre les universités de Cambridge (Royaume-Uni) et Johns Hopkins (États-Unis), publié le 10 mars 2023 dans le journal Science. Cette collaboration a réussi à cartographier la totalité des synapses dans une larve de mouche (Drosophila melanogaster), générant une carte cérébrale beaucoup plus complexe que les tentatives précédentes (avec des organismes ayant seulement quelques centaines de neurones, tels que le nématode C. elegans).
Le but ultime est le cerveau humain
Leur effort permet d’affiner la technique afin de tenter de cartographier le cerveau des animaux plus complexes. “Ce que nous avons appris sur l’encodage cérébral chez la mouche aura des implications pour décoder le cerveau humain, affirme un des co-directeurs de l’étude, le neuroscientifique de l’Université Johns Hopkins Joshua T. Vogelstein, dans un communiqué. C’est ce que nous voulons comprendre, comment décoder le réseau cérébral humain.” Même si en réalité on est encore très loin de pouvoir reproduire une telle prouesse avec notre cerveau (lequel est pourvu d’environ une centaine de milliards de neurones, contre quelques milliers pour la mouche).
En attendant de décoder le connectome humain, le but ultime, ce connectome de la mouche nous donne une vue inégalée sur le fonctionnement du cerveau et les relations que les neurones entretiennent entre eux.
Video: Johns Hopkins University / University of Cambridge
Plus de 3.000 neurones de la mouche suivis de près
À cette état de larve, la mouche a déjà un cerveau fonctionnel, avec notamment une capacité de mémoire à court et long terme. Aussi, le nombre de neurones et leurs connexions sont similaires à ceux des mouches adultes, sauf pour la taille de ces cellules qui grandissent suivant le développement du corps. Celui-ci étant transparent, cela a permis aux chercheurs d’identifier tous les neurones et suivre chacune des synapses.
Le connectome de la larve de mouche comptait 3.016 neurones, qui créaient 548.000 synapses entre eux. La majorité de ces neurones (2.536) sont dans le cerveau, plus 480 qui connectent le cerveau avec le reste du corps pour lui envoyer les informations issues des sens ou du système digestif. Presque la totalité des neurones du cerveau (93%) a un double dans l’autre hémisphère cérébral, et un grand nombre d’entre eux se connectent directement avec leur double dans l’autre côté du cerveau.
Le sens des synapses est très flexible
La plupart des connexions entre neurones se font de la forme classique, où l’axone d’un se connecte à la dendrite de l’autre neurone. Mais environ 30% des synapses concernent des connexions entre axones ou entre dendrites. Parmi les connexions entre axone et dendrite, elles pouvaient se faire dans les deux sens (partant de l’axone ou des dendrites), ce qui permettait aux neurones de communiquer dans les deux sens (vers le cerveau ou vers l’extérieur). Ainsi, 63% des connexions de dendrite à axone étaient des connexions miroirs d’une synapse axone à dendrite.
Un grand nombre des neurones (506) se connectent avec plus de 20 autres neurones, de véritables plateformes synaptiques. Ces plaques tournantes de connexions neuronales se retrouvent principalement à proximité des neurones liés à l’apprentissage.
Des chemins neuronaux courts entre les sens et l’activité motrice
La plupart des neurones faisaient partie de voies connectant des neurones sensoriels à des neurones moteurs, permettant à l’organisme de réagir suite à une stimulation sensorielle en passant par un maximum de 5 neurones. La majorité des neurones faisant partie de ces chemins synaptiques occupaient la 3e position et participaient à plusieurs chemins. En revanche, les neurones en position 2 (recevant l’information directement d’un neurone sensoriel), recevaient cette information d’uniquement un sens, sauf pour celles de l’odorat qui recevaient aussi des informations liées au goût ou à la chaleur. Certains de ces chemins sont composés de seulement 3 neurones.
