L’étude offre des informations précieuses sur la façon dont les signaux sensoriels sont traités et les informations circulent à travers le réseau neuronal, ouvrant ainsi de nouvelles voies vers une compréhension plus approfondie du cerveau des mammifères.
Étude: Schéma de câblage neuronal d'un cerveau adulte. Crédit d'image : vitstudio/Shutterstock.com
Dans une étude récente publiée dans Natureles chercheurs cartographient l'ensemble du cerveau de Drosophile melanogaster, ou la mouche des fruits, qui comprend environ 140 000 neurones et plus de 50 millions de synapses.Progrès dans la cartographie du cerveau
Les cerveaux sont vitaux pour l’évolution de comportements complexes ; cependant, les limitations technologiques ont empêché les scientifiques de cartographier les connexions au sein et entre les différentes régions du cerveau aux niveaux neuronal et synaptique. Néanmoins, les progrès rapides des techniques d’imagerie telles que l’imagerie cérébrale au microscope électronique ont permis aux scientifiques de créer des schémas de câblage détaillés du cerveau des animaux.
Des études neurobiologiques récentes sur Drosophile melanogaster ou les mouches des fruits ont identifié plus de 100 000 neurones et environ 100 millions de synapses impliqués dans le contrôle du mouvement, de la vision et des interactions sociales dans le cerveau. Ces observations ont fourni des informations importantes sur divers comportements des mouches des fruits, tels que la navigation, le traitement sensoriel et la mémoire, fournissant ainsi des informations précieuses sur le cerveau des mammifères.
À propos de l'étude
La présente étude a été menée par une grande équipe de chercheurs comprenant divers scientifiques de l’Université de Princeton et du FlyWire Consortium. Le Consortium FlyWire est un grand groupe de neurobiologistes, de correcteurs et d'informaticiens utilisant l'intelligence artificielle et des outils d'imagerie pour construire et organiser le premier Drosophile connectome du cerveau entier.
Ces chercheurs ont élargi les connaissances actuelles sur l'adulte Drosophile melanogaster cerveau en présentant un schéma complet du câblage neuronal du cerveau d'une mouche des fruits femelle adulte. Diverses méthodes avancées ont été utilisées pour analyser les données cérébrales, notamment l’imagerie par microscopie électronique de mouches des fruits femelles âgées d’une semaine et des réseaux neuronaux pour aligner les images et segmenter les cellules.
Des modèles cérébraux antérieurs ont été utilisés pour segmenter les neuropils, qui sont des régions du cerveau riches en synapses. Le volume de chaque neuropile a été calculé et les neuropils ont été classés en différentes régions du cerveau.
Les synapses ont ensuite été attribuées aux neuropils en fonction de leur emplacement. Toutes les synapses qui ne pouvaient pas être associées au neuropile exact ont été attribuées à la synapse la plus proche dans un rayon de 10 micromètres.
La segmentation des neurones a ensuite été revue et corrigée par des correcteurs pour garantir l'exactitude des données. Des outils d’apprentissage automatique ont également été utilisés pour prédire les types de synapses et les identités des neurotransmetteurs.
Pour garantir que les données étaient complètes, la relecture s'est concentrée sur les neurones du cerveau central présentant un grand nombre de synapses et des noyaux visibles. Les neurones qui ont subi des changements importants au cours du processus de relecture ont été signalés pour un examen plus approfondi afin de garantir un processus de correction approfondi.
Les scientifiques citoyens ont également contribué à annoter et à catégoriser les neurones en fonction de leur connectivité et de leur fonction. Divers outils d’apprentissage automatique ont ensuite été utilisés pour prédire le type de neurotransmetteur au niveau de chaque synapse afin de comprendre les voies de communication dans le cerveau de la mouche des fruits.
Résultats de l'étude
Les chercheurs ont identifié le connectome, qui est une carte complète de la femelle adulte Drosophile melanogaster cerveau. Au total, 139 255 neurones et 54,5 millions de synapses ont été identifiés, ce qui fournit des informations précieuses sur les connexions et la communication entre les neurones.
Cet effort de collaboration a identifié 8 400 types de cellules dans le connectome, accessible via l'explorateur de données du connectome du FlyWire Consortium. Ces découvertes mettent également en évidence des parties importantes du cerveau de la mouche des fruits, notamment la zone sous-œsophagienne, qui traite les données sensorielles, ainsi que les lobes optiques impliqués dans la vision.
Les chercheurs ont également élucidé comment les neurones se connectent au cordon nerveux ventral, qui contrôle le mouvement. De plus, la carte cérébrale fournit une image complète des neurones impliqués dans le goût et le toucher.
Les contrôles manuels par relecture ont assuré une précision de 99,2 % dans la cartographie correcte des neurones. La présente étude propose également une nouvelle méthode pour étudier le flux d’informations dans les réseaux neuronaux en classant les neurones en fonction de leur vitesse de traitement des entrées sensorielles.
Conclusions
L'étude actuelle constitue une avancée significative par rapport aux efforts précédents visant à cartographier le cerveau des Drosophile les larves et le nématode Caenorhabditis elegans. Grâce à la carte neuronale complète ou connectome de l'adulte Drosophile cerveau, les chercheurs ont découvert de nouvelles voies impliquées dans la connectivité, la communication et les fonctions des neurones du cerveau.
Les résultats de l’étude fournissent des informations essentielles sur le traitement des signaux sensoriels et le flux d’informations à travers le réseau neuronal, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension du cerveau des mammifères.