Une équipe scientifique soutenue par les National Institutes of Health (NIH) a dévoilé la première carte complète des connexions neuronales du cerveau de la mouche commune des fruits. La carte fournit un schéma de câblage, connu sous le nom de connectome, et constitue le connectome le plus grand et le plus complet d'un animal adulte jamais créé.
Ce travail offre des informations essentielles sur la façon dont les cerveaux sont câblés et sur les signaux qui sous-tendent les fonctions cérébrales saines. L'étude, qui détaille plus de 50 millions de connexions entre plus de 130 000 neurones, fait partie d'un ensemble de neuf articles dans la revue Nature.
La petite mouche des fruits est étonnamment sophistiquée et a longtemps servi de modèle puissant pour comprendre les fondements biologiques du comportement. Cette étape fournit non seulement aux chercheurs un nouvel ensemble d'outils pour comprendre comment les circuits du cerveau déterminent le comportement, mais sert surtout de précurseur aux efforts en cours financés par BRAIN pour cartographier les connexions des plus grands cerveaux de mammifères et d'humains.
John Ngai, Ph.D., directeur, The BRAIN Initiative®, National Institutes of Health
La carte des connectomes détaille l’ensemble des classes cellulaires du cerveau de la mouche des fruits, identifiant différents types de neurones et de connexions chimiques, ou synapses, entre les neurones. Il donne également un aperçu du type de neurotransmetteur (produits chimiques tels que la dopamine ou la sérotonine) sécrété par chaque neurone.
Les chercheurs ont également créé une carte de projections entre les régions du cerveau, connue sous le nom de projectome, qui suit l'organisation des hémisphères et des circuits comportementaux dans le cerveau de la mouche. Il permet la cartographie détaillée de circuits cérébraux spécifiques qui contrôlent le comportement, tels que le circuit cérébral ocellaire, qui capte les stimuli visuels et génère des changements de comportement qui orientent le corps de la mouche pendant le vol.
Dans un article complémentaire, les chercheurs ont fourni une annotation du connectome de la mouche, détaillant les types de cellules, les classes de cellules, etc. Il comprend des informations essentielles pour les chercheurs et autres personnes qui utiliseront le connectome pour faire progresser notre compréhension de la physiologie et du comportement du cerveau.
La mouche des fruits est capable d’une cognition et d’un comportement étonnamment avancés, ce qui en fait un candidat idéal pour ce premier projet de connectome. Par exemple, ils peuvent former des souvenirs à long terme, s’engager dans des interactions sociales et naviguer sur de grandes distances. Maintenant que le connectome de la mouche des fruits a été établi, la même méthodologie pourrait être utilisée pour créer rapidement des cartes similaires chez des animaux dotés d'un cerveau plus gros. Par exemple, la nouvelle carte pourrait servir de référence pour comprendre comment une multitude de mutations humaines affectent les connexions cérébrales.
Pour créer le connectome de la mouche, les chercheurs ont pris des images au microscope électronique du cerveau complet de la mouche qui avaient été rendues publiques et ont utilisé un programme informatique pour identifier ou « segmenter » automatiquement les neurones dans les images. Le programme n'est pas infaillible, c'est pourquoi les chercheurs ont créé un système informatique d'outils permettant à une vaste communauté de recherche en ligne d'examiner les segments, de les relire pour en vérifier l'exactitude et d'annoter les types et les classes de cellules de manière communautaire. La relecture de l'identification et de la délimitation des neurones individuels a été réalisée par un consortium de mouches des fruits laboratoires, appelés FlyWire, qui comprenaient des scientifiques du monde entier.
« En 2021, seulement 15 % des neurones avaient été relus », a déclaré Shelli Avenevoli, Ph.D., directrice par intérim de l'Institut national de santé mentale du NIH. « L'ouverture de la relecture à la communauté scientifique plus large étudiant le cerveau de la mouche des fruits a considérablement accéléré la rapidité avec laquelle nous avons pu réaliser ce connectome. »
Outils d'analyse de données pour la mouche des fruits complète Le connectome peut être trouvé sur https://codex.flywire.ai/. Les chercheurs peuvent interagir avec les données du connectome sur https://fafb-flywire.catmaid.org/. L'étude a été soutenue par l'initiative BRAIN du NIH, une collaboration multidisciplinaire entre 10 instituts et centres du NIH qui permet aux chercheurs de comprendre le cerveau à des niveaux de détail sans précédent, tant en matière de santé que de maladie, améliorant ainsi la façon dont nous traitons, prévenons et guérissons les troubles cérébraux.
