Comment les neurones réagissent-ils aux champignons magiques ? Que se passe-t-il dans le cerveau lorsque nous voyons un mouvement ou lorsque nous reconnaissons les veinures d'un morceau de bois ? Comment notre cerveau détecte-t-il les changements subtils dans l'apparence de nos amis au fil du temps ?
L’Institut Allen a lancé quatre projets pour étudier ces questions via OpenScope, un observatoire partagé de neurosciences. Tout comme les astronomes utilisent quelques observatoires bien équipés pour étudier l’univers, le programme OpenScope permet aux neuroscientifiques du monde entier de proposer et de diriger des expériences sur le pipeline de l’observatoire cérébral Allen. Toutes les recherches sont mises gratuitement à la disposition de quiconque s’attaque aux questions ouvertes sur l’activité neuronale dans la santé et la maladie.
OpenScope, qui en est à sa 6e année, vise à « être le pionnier d'un nouveau modèle en neurosciences », a déclaré Jérôme Lecoq, Ph.D., chercheur associé à l'Institut Allen.
« Notre plateforme améliore l'acquisition et le partage de données à l'échelle mondiale, tout en permettant aux laboratoires individuels de l'exploiter pour leurs activités scientifiques uniques », a déclaré Lecoq, qui co-dirige OpenScope avec Christof Koch. « Nous nous efforçons de combiner le meilleur des deux mondes : des questions ciblées traitées par des équipes passionnées et une plateforme sophistiquée pilotée par des expérimentateurs expérimentés. Telle est notre vision de l'avenir des neurosciences. »
Sommaire
La science psychédélique
L'un des projets OpenScope de cette année étudiera la manière dont la psilocybine, le composé psychoactif des « champignons magiques », modifie l'activité cérébrale au niveau cellulaire. Ce composé, connu pour provoquer des expériences psychédéliques intenses chez l'homme, sera utilisé pour étudier les mécanismes neuronaux qui sous-tendent les altérations cognitives et perceptives.
En utilisant des techniques d'enregistrement avancées sur des souris, les scientifiques observeront comment les neurones communiquent différemment sous l'influence de la psilocybine. Ils étudieront également comment ces changements pourraient influencer la capacité du cerveau à traiter et à prédire les informations sensorielles, ce qui est essentiel pour comprendre comment la perception est construite.
Notre intérêt pour ces composés va au-delà de leurs applications cliniques potentielles. Nous pensons que la découverte des mécanismes biologiques sous-jacents à leurs effets peut fournir des informations fondamentales sur les processus qui régissent la perception, la cognition et la conscience elle-même.
Roberto de Filippo, Ph.D., postdoctorant à l'Université Humboldt de Berlin
Ce projet est dirigé par de Filippo ; Torben Ott, Ph.D., de l'Université Humboldt de Berlin ; et Dietmar Schmitz, Ph.D, de la Charité – Universitätsmedizin Berlin.
Comment le passé façonne subtilement notre vision du monde
Nous négligeons souvent les changements progressifs chez les personnes que nous côtoyons régulièrement, et nous ne remarquons les différences que lorsque nous regardons une vieille photo ou que nous retrouvons des amis après une longue période. Bien que ces changements soient presque imperceptibles, notre cerveau actualise constamment nos souvenirs avec ces détails.
Un projet OpenScope de 2024 vise à découvrir les fondements neuronaux de ces mises à jour. À l'aide de la plateforme Allen Brain Observatory, les chercheurs analyseront l'activité cérébrale des souris pour comprendre comment le système visuel du cerveau réagit aux changements au fil du temps. Traditionnellement, les neuroscientifiques pensaient que le système visuel ne traitait que les informations sensorielles entrantes. Mais des découvertes récentes suggèrent que ce système archive également les souvenirs visuels et les utilise pour prédire ce que nous verrons ensuite.
« Nous voulons comprendre comment ces souvenirs influencent la perception des images du monde réel et quel rôle jouent les différentes zones du cerveau dans ce processus », explique Yaniv Ziv, Ph. D., professeur à l'Institut Weizmann des sciences. « En comprenant cela, nous souhaitons découvrir si ces souvenirs influencent la flexibilité ou la rigidité de notre traitement visuel. Par exemple, si nous avons déjà vu quelque chose de similaire auparavant, notre cerveau est-il plus ou moins susceptible de s'adapter à de nouvelles informations visuelles ? »
Ce projet est dirigé par Ziv, Daniel Deitch, Alon Rubin, Ph.D. et Itay Talpir, tous deux de l'Institut Weizmann des sciences.
Décrypter la façon dont le cerveau perçoit le mouvement
Comment le cerveau reconnaît-il les objets qui bougent autour de nous ? Ce projet OpenScope 2024 vise à démystifier ce processus fondamental en étudiant la perception du mouvement dans le cortex visuel de souris. Si des études antérieures ont permis d’identifier des régions cérébrales qui réagissent à différents types de mouvements, les circuits neuronaux sous-jacents restent mal compris. Ce projet utilisera la microscopie pour observer simultanément l’activité de nombreux neurones sur plusieurs semaines et dans différentes parties du cortex visuel.
L’équipe espère caractériser la représentation neuronale du mouvement dans les différentes régions du cerveau et les différents types de cellules et comprendre les circuits spécifiques qui les soutiennent. Les connaissances acquises grâce à ces travaux pourraient avoir des implications plus vastes, car les mêmes types de cellules et circuits se retrouvent dans tout le cortex.
« Si nous parvenons à comprendre comment ces circuits traitent l'information dans le système visuel, il y a de fortes chances que les mêmes principes s'appliquent dans tout le cerveau », a déclaré Julia Veit, Ph.D., professeur à l'Université de Fribourg.
Ce projet est dirigé par Veit ; Henning Sprekeler, Ph.D., de l'Université technique de Berlin ; et Yael Oran, Ph.D., de l'Université de Fribourg.
Voir les modèles qui nous entourent
Notre cerveau reconnaît instantanément d'innombrables textures visuelles complexes qui nous entourent, des motifs complexes des ailes d'un papillon au grain du bois. Mais comment parvient-il à réaliser cet exploit remarquable de perception visuelle ? Dans ce projet OpenScope, des souris seront entraînées à distinguer les textures tandis que leur activité neuronale sera surveillée dans le cortex visuel, reliant les réponses neuronales à la perception. Les principaux objectifs sont de déterminer comment certaines textures sont facilement reconnues tandis que d'autres posent un défi, et de cartographier la manière dont différentes régions du cerveau interagissent pour transformer les entrées visuelles en représentations cohérentes qui guident le comportement.
Ces résultats pourraient révéler les principes fondamentaux de la manière dont le cerveau extrait la compréhension de notre monde visuel riche en motifs, ont déclaré les chercheurs. Mais l'ampleur et la complexité de la recherche nécessitent des outils et des ressources qui vont au-delà de ceux d'un laboratoire classique.
« L’utilisation de l’observatoire cérébral Allen va non seulement accroître considérablement la portée et la portée de notre projet, mais aussi nous permettre de comparer et de contextualiser tous les autres projets de science ouverte qu’ils ont menés au cours de la dernière décennie », a déclaré Federico Bolaños, Ph. D., responsable scientifique des données à l’Université de Colombie-Britannique. « Comme cela s’est produit dans d’autres domaines comme la physique des hautes énergies ou l’astronomie, la recherche en neurosciences des systèmes doit passer des laboratoires individuels à une communauté plus vaste et interconnectée, au sein de laquelle nous progressons ensemble. »
