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Article

Du cerveau de souris au cerveau humain
Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin - 13/04/2014

 

A top-down 3-D view of connections originating in different cortical areas of the mouse brain
(credit: Allen Institute for Brain Science)

 

La compréhension du fonctionnement du cerveau au sein de l'organisme des mammifères progresse sur des plans apparemment éloignés mais qui finiront par se rejoindre. Deux articles (en un) publiés récemment par Nature montrent qu'il existe des complémentarités intéressantes entre l'approche par la souris et celle par l'humain. Ils illustrent l'intérêt désormais admis par tous des études multi-disciplinaires sur le cerveau.

La souris

Des chercheurs de l'Allen Institute for Brain Science viennent de publier un Atlas de données intéressant le connectome de la souris, c'est-à-dire les relations neuronales entre les différentes aires cervicales de ce petit animal. Il s'agit du Allen Mouse Brain Connectivity Atlas

Le cerveau de souris n'a pas la taille d'un ongle de femme. Néanmoins il comporte 75 millions de neurones (à comparer avec les 100 milliards de neurones du cerveau humain). De plus, l'architecture d'ensemble des deux cerveaux est très voisine. Le seul schéma complet de câblage jusqu'ici réalisé intéressait le ver C. elegans lequel ne dispose que de 300 neurones.

Les techniques permettant de visualiser le connectome consistent à utiliser des virus modifiés par ingénierie génétique qui rendent lumineux les neurones individuels. Les observations ont été faite à l'échelle d'un micron. Elles ont mobilisé plus de 1.700 cerveaux de souris, divisés en 140 sections chacun. Saluons en passant le contribution de cette espèce à l'avancement des sciences.


L'Atlas comporte plus de 1,8 petabytes de données, toutes disponibles en libre accès sur Internet à  www.brain-map.org. L'objectif est d'offrir à tous chercheurs une plate-forme commne d'observation et d'expérimentation, utilisant si nécessaire des visualisations en 3D. L'analyse du connectome a fait apparaitre des propriétés intéressantes, notamment la densité des connections entre les deux hémisphères générant une symétrie en miroir entre eux. Il ne semblerait donc pas que l'on puisse parler, comme chez l'homme, d'un cerveau gauche et d'un cerveau droit. La force des connections entre neurones est très variée, d'un ordre de grandeur de 1 à 10.000. Les connections fortes sont, comme l'on pouvait s'y attendre, bien moins nombreuses que les connections faibles.

Actualiser l'Atlas suppose un travail important. L'accent sera mis dorénavant sur les connections entre neurones au sein d'un même région ou entre régions voisines, les moins bien connues à ce jour compte tenu des limites de la technique de visualisation initialement utilisée.

Le cerveau humain

Les chercheurs du même Allen Institute for Brain Science avaient précédemment réalisé un Atlas intéressant le développement du cerveau humain à partir du stade fétal. Les premières données viennent d'en être publiées dans un  BrainSpan Atlas of the Developing Human Brain que vient de publier le journal Nature. Là encore, elles sont disponibles dans le portail de l'Institut, l' Allen Brain Atlas data portal. . Ces données devraient fournir des indications intéressantes concernant par exemple l'apparition de l'autisme ou, de façon bien plus ambitieuse, les raisons pouvant expliquer le caractère spécifique de cerveau humain, comparé à celui d'autres espèces.

Les observations s'appuient sur l'étude des gènes présents dans les neurones du foetus et s'exprimant lors du développement de celui-ci. Elles devraient permettre de distinguer les développements sains de ceux susceptibles de conduire à des handicaps. Il s'agit d'établir, non plus un connectome, comme dans le cas précédent, mais un transcriptome. Les données proviennent d'analyses d'échantillons de tissus prénataux prélevés chez des foetus. Leur nombre est par définition limité, d'où l'impérieuse nécessité de les mettre en commun.

En dehors de données intéressant l'apparition possible d'autismes ou de schizophrénies, l'Atlas permettra d'identifier les régions du génome montrant des différences importantes entre les humains et d'autres espèces. Les analyses du trascriptome montrent ainsi que les gènes sont particulièrement riches dans le cortex frontal ainsi que dans des cellules spécifiques dites GABAergic produisant l'y-aminobutyrique, en abrégé GABA. Celui -ci est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central chez les mammifères et les oiseaux, intervenant dans la formation précoce des circuit. Leur répartition n'est pas la même chez l'humain ou dans les autres espèces.

Ces observations sont encore très rares. La plateforme offerte permettra de rassembler de futurs chercheurs provenant d'autres organisations. C'est là un des avantages inestimables de l'Internet, déjà mis en évidence par l'histoire déjà riche du Human Genome Project.

References:

* Jeremy A. Miller et al.
Transcriptional landscape of the prenatal human brain.

Nature, 2014; DOI: 10.1038/nature13185


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