Pour la première fois dans le monde à cette échelle de précision, une collaboration internationale a réussi à cartographier les réseaux neurologiques et les connexions, également connus sous le nom de connectomique, dans un cube de cerveau humain d’un millimètre. Les résultats de cette recherche, qui ont été révélés le 10 mai dans la publication Science, sont stupéfiants. Malgré sa taille minuscule, l’échantillon de cortex analysé contenait environ 57 000 cellules (y compris des neurones et des cellules gliales), 23 centimètres de vaisseaux sanguins et presque 150 millions de synapses, responsables pour la transmission des informations entre les neurones.
Cette recherche fait partie de l’initiative scientifique sur le cerveau, lancée en 2014 par l’Université de Harvard à Cambridge et a produit de nombreux travaux publiés. Jeff Lichtman, professeur de biologie moléculaire à Harvard, a dirigé cette étude. Alexander Shapson-Coe, le principal auteur de l’étude, est actuellement un chercheur en neurologie à l’hôpital royal de Londres. Des équipes de Google ont également été associées à ce projet.
L’équipe a adopté une approche semblablement élémentaire, mais la production data est colossale, de quoi saturer même le plus vorace des neuroscientifiques. Ils ont prélevé un fragment de cerveau probablement sain, mesurant à peu près un millimètre cube, d’une personne en pleine forme. Ils l’ont rapidement fixé en utilisant une combinaison de résine et de solution de métaux lourds, qui a ajouté une légère teinte. Ce fragment a ensuite été coupé en 5 019 tranches d’une épaisseur moyenne de 33,9 nanomètres, environ 2 000 fois plus fines qu’un cheveu, puis placées avec précaution sur du ruban adhésif (spécifique). Il ne reste plus qu’à observer chaque tranche sous une loupe, ou plutôt un microscope électronique à faisceaux multiples. Cela donne un ensemble de données totalisant 1,4 pétaoctets, équivalent à un livre de plus de 700 milliards de pages.
C’est un bien précieux très rare.
Mais ce n’est pas tout ! Grâce à ces observations obtenues à un niveau de détail sans précédent, les scientifiques ont pu explorer la forme et la distribution des neurones à l’échelle du nanomètre, les connexions entre eux, la proportion de cellules gliales entourant ces cellules nerveuses, etc. Cependant, ne disposant pas du temps de lire ces milliards de pages une par une, ils ont dû recourir à l’apprentissage automatique pour reconstituer la structure tridimensionnelle de ce fragment de cortex en superposant les tranches modélisées pour recréer chaque connexion cellulaire.
Il faut rassurer le public en précisant que les chercheurs ne prennent pas constamment des morceaux de cerveau chez des humains vivants. C’est une ressource extrêmement rare. Dans ce cas, une femme de 45 ans souffrant d’épilepsie a dû subir une intervention chirurgicale qui a nécessité l’élimination d’un millimètre cube de son cortex temporal pour accéder à une lésion sous-jacente dans son hippocampe. Jeff Lichtman et ses collègues, qui ont déjà réalisé une cartographie complète du cortex d’une mouche et qui espèrent faire de même avec une souris dans un futur proche, n’ont pas l’intention de réaliser ce processus sur un cerveau humain dans son ensemble. Cela a déjà été effectué par d’autres groupes sur des cerveaux après la mort, mais ce n’est pas la même chose.
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