Un groupe de scientifiques sont prêts à présenter les premiers résultats d'un projet conçu pour créer la première carte détaillée du cerveau humain.
La technologie d'imagerie
cérébrale est en cours d'élaboration pour le projet Human Connectome (HCP). Les chercheurs collecteront également des
informations génétiques et comportementales auprès des sujets afin de dresser
un tableau complet des facteurs qui influencent l'esprit humain.
La carte du cerveau humain reçoit une mise à jour audacieuse
L'Institut Allen pour la
science du cerveau à Seattle a créé une carte numérique complète du cerveau
humain qui est disponible en libre accès et a été publié dans un numéro de 350
pages du Journal of Comparative Neurology en septembre 2016.
Ce projet, qui a duré cinq ans,
s'est concentré sur un seul cerveau post-mortem sain d'une femme âgée de
34 ans. Les chercheurs ont commencé par une vision générale : ils ont
réalisé un scanner complet du cerveau en utilisant deux techniques d'imagerie
(imagerie par résonance magnétique et diffusion pondérée), ce qui leur a permis
de capter à la fois la structure du cerveau et la connectivité des fibres
cérébrales.
Les chercheurs ont ensuite pris
le cerveau et l'ont coupé en 2.716 tranches pour une analyse cellulaire
approfondie. Puis ils ont coloré une partie des sections avec le colorant Nissl
traditionnel pour recueillir des informations sur l'architecture cellulaire
générale. Ils ont ensuite utilisé deux autres colorants pour marquer
sélectivement certains aspects du cerveau, tels que les éléments structurels
des cellules, les fibres de la matière blanche, et des types spécifiques de
neurones.
L'étape clé dans la création de
cet atlas cérébral complet était de combiner des données d'imagerie cérébrale à
grande échelle et à haute résolution avec une cartographie détaillée au niveau
cellulaire, en plus des annotations des chercheurs sur les structures
cérébrales qu'ils ont identifiées.
Selon les chercheurs, cet effort
marque une avancée substantielle dans la compréhension de l'anatomie du
cerveau. Il n'y a jamais eu de carte complète du cerveau humain en tant que
matériel de référence dans un espace disponible pour quiconque étudie une partie
du cerveau, et ceci est une partie complètement essentielle à l'heure de faire
une investigation.
L'atlas sera un outil
particulièrement précieux pour les neurologues, qui peuvent l'utiliser comme un
point commun de départ, puis ajouter des niveaux supplémentaires avec des
annotations sur leurs critères de division du cerveau.
La carte complète est disponible
sur Internet. L'atlas peut être consulté à travers
un portail, où les gens peuvent naviguer et passer du niveau macro au
niveau cellulaire.
Découverte de 97 nouvelles zones inconnues du cerveau humain
Des chercheurs de l'école de
médecine de l'Université de Washington dans une nouvelle carte du cerveau à
haute résolution, publiée dans la revue Nature
en juillet 2016, découvrent 97 régions du cortex jusqu'ici inconnues : la
zone responsable du langage, de la perception sensorielle et de la pensée
abstraite, entre autres fonctions.
Pour arriver à ce résultat, les
chercheurs ont compilé les données de plusieurs analyses d’imageries
cérébrales, menées sur 210 hommes et femmes, et ont effectué des tests afin de
stimuler certaines régions du cerveau des participants. Si aucun cerveau ne se
ressemble – il présente une structure et une grosseur de certaines zones différentes
selon les personnes – le logiciel utilisé a permis aux scientifiques de
découvrir ces 97 nouvelles zones dans le cerveau des volontaires.
De nombreuses régions n'ont pas
une seule fonction, mais elles coordonnent les informations provenant de
différentes sources pour réguler les comportements complexes.
Les chercheurs soulignent que le
travail permettra au reste de la communauté scientifique de progresser dans la
compréhension des troubles tels que l'autisme, la schizophrénie et l'épilepsie.
Grâce à la nouvelle carte détaillée, les scientifiques seront en mesure de
comprendre les différences entre le cerveau des patients atteints de ces
maladies et les personnes en bonne santé.
Carte du cerveau à l'échelle nanoscopique
Une équipe de l'Université Harvard, a réalisé une carte avec des images
numériques à l'échelle nanoscopique du cerveau humain, publiée dans la revue Cell de juin 2015. Dans l'étude des
aspects des connexions entre les axones et les dendrites ont été découverts, qui
contredisent les idées sur les synapses les plus acceptées jusqu'à présent.
La nécessité d'observer le
cerveau à plus grande échelle a conduit à l'utilisation de microscopes
électroniques pour créer des images numériques de tissus et reconstruire des
modèles 3D des axones, des dendrites et des synapses du processus. Les
scientifiques devaient également créer une infrastructure numérique basée sur
l'architecture du pipeline pour obtenir des images, ce qui prenait la plus
grande partie du temps de développement du projet.
Une fois les images obtenues,
l'équipe a construit avec elles une base de données qui permet d'observer les
échantillons sans avoir à disséquer un vrai cerveau pour répondre à chaque
question.
D'autre part, le détail du modèle
suppose un grand avantage, puisque l'étude est réalisée sur de très petits
échantillons, de l'ordre de 40x40x40 microns. Une fois cette image obtenue,
l'équipe a travaillé jusqu'à la reconstruction d'une zone d'environ 1500 microns
cubes : trois milliardièmes de cerveau d'une souris.
On pensait que les épines
dendritiques recherchent des informations provenant d'autant d'axones
différents que possible, mais ils ont trouvé de nombreux cas dans lesquels le
même axone se connecte avec différentes épines de la même dendrite.
La découverte que les axones ne
cherchent pas à se connecter avec des dendrites différentes, mais préfèrent
souvent faire des connexions multiples avec lui (même si d'autres dendrites
sont encore plus proches), montre que le processus n'est pas décontracté, mais
suit quelques propres mécanismes qui n'ont pas encore été découverts.
Le consensus parmi les
neuro-scientifiques était que la forme des épines dendritiques avait à voir avec
l'activité électrique des axones. Cependant, parmi les axones qui se connectent
avec plusieurs épines de la même dendrite, ceux-ci varient en largeur et en
longueur, excluant que l'axone est responsable de ces changements.
L'importance des découvertes
ouvre à la fois le chemin de l'espoir et le sentiment que beaucoup de travail
sera encore nécessaire, et jette les bases et la méthodologie pour de nouvelles
études dans ce domaine.
La carte 3D du cerveau humain est 50 fois plus détaillée
Des chercheurs de l'Université
Heinrich Heine de Düsseldorf (Allemagne) et de l'Université McGill de Montréal
(Canada) ont créé une carte du cerveau humain entièrement en 3D, publiée dans
la revue Science de juin 2013.
L’atlas BigBrain offre une
résolution quasi cellulaire, c’est-à-dire des détails près de la cellule, une
capacité qui n’existait pas auparavant en 3D pour le cerveau humain. Les
données actuelles d’IRM ont une résolution spatiale 3D de 1 mm. Par
comparaison, l’ensemble de données de BigBrain est 50 fois plus petit dans
chaque dimension, ce qui procure une résolution spatiale inégalée.
L’ensemble de données de BigBrain est 125 000 fois (50 x 50 x 50)
plus grand que des données types d’IRM et a un volume de 1 téraoctet, qui équivaut
à 1000 Go.
Les atlas actuels reposent sur
des coupes histologiques et sont bidimensionnels. BigBrain redéfinit ces cartes
traditionnelles de neuroanatomie, comme celles de Brodmann, en présentant une
vue ultra-précise du cerveau au moyen de techniques 3D entièrement
automatisées. Les atlas fondés sur des données d’IRM ne permettent pas
l’intégration d’information à l’échelle des couches corticales, des colonnes
corticales, des microcircuits ou de cellules plus grandes. BigBrain permet aux
chercheurs de voir le cerveau à une de résolution 20 micromètres (1000
micromètres dans un millimètre).
Les chercheurs du monde entier
pourront télécharger des sections du cerveau à partir du site Web CBRAIN Portal.
Qu'est-ce qu'une cartographie cérébrale ?
Les techniques pour obtenir des images du cerveau ont atteint une
grande précision grâce à la neuro-technologie moderne. De nos jours, il est
plus facile de détecter des affections telles que l'épilepsie, le cancer ou la maladie
d'Alzheimer grâce à des cartes
du cerveau qui permettent de connaître le fonctionnement de cet important
organe.
La cartographie cérébrale intègre à la fois des formes invasives – sans incision chirurgicale – et non invasive pour visualiser la fonction
électrique du cerveau et la représenter graphiquement.
À quoi servent les cartes du cerveau ?
L'évolution des investigations sur le cerveau a fait
de grands progrès à partir de 1968, quand il a été possible d'obtenir la
première image non invasive de diagnostique de l'organe directeur du système
nerveux. Les rayons X ont révolutionné la Médecine en permettant de voir en
détail le sang et le cortex cérébral.
Heureusement, les études détaillées de la cartographie cérébrale ont
évolué et grâce à cela, il a été plus facile de connaître les réseaux neuronaux
qui composent le cerveau, de déterminer son fonctionnement et de diagnostiquer les anomalies cérébrales.
Carte interactive 3D du cerveau humain
La carte interactive 3D complète
du cerveau humain nous permet d'étudier
à la fois son anatomie et la manière dont elle est affectée par de différentes
maladies.
Le web facilite également l'étude
en profondeur de l'anatomie du cerveau. Pour ce faire, il suffit de cliquer sur
le bouton situé en haut de l'interface et de sélectionner dans quelle zone voulons-nous
nous concentrer (par défaut, tout le cerveau est étudié).
En outre, le web permet également
de voir la manière dont les différentes
maladies affectent le cerveau humain.
La carte interactive est
accessible via le lien
suivant.
Voir aussi…
Cartographie du cerveau et reproduction technologique des caractéristiques du cerveau humain
Implication génétique dans le développement du cerveau humain: découverte du gène NOTCH2NL – Identification de 40 nouveaux gènes
Première reconstruction et simulation numérique d'un fragment de néocortex cérébral
Implication génétique dans le développement du cerveau humain: découverte du gène NOTCH2NL – Identification de 40 nouveaux gènes
Première reconstruction et simulation numérique d'un fragment de néocortex cérébral
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