Que les expériences laissent leur trace dans la connectivité du cerveau est connu depuis un certain temps, mais une étude pionnière menée par des chercheurs du Centre allemand pour les maladies neurodégénératives (DZNE) et de l’Université de technologie TUD de Dresde montre maintenant à quel point ces effets sont vraiment massifs. Les découvertes chez la souris fournissent des informations sans précédent sur la complexité des réseaux neuronaux à grande échelle et la plasticité cérébrale. De plus, ils pourraient ouvrir la voie à de nouvelles méthodes d’intelligence artificielle inspirées du cerveau. Les résultats, basés sur une technologie innovante « brain-on-chip », sont publiés dans la revue scientifique Biocapteurs et bioélectronique.
Les chercheurs de Dresde ont exploré la question de savoir comment une expérience enrichie affecte les circuits du cerveau. Pour cela, ils ont déployé une soi-disant neurochip avec plus de 4 000 électrodes pour détecter l’activité électrique des cellules cérébrales. Cette plateforme innovante a permis d’enregistrer simultanément le « déclenchement » de milliers de neurones. La zone examinée – beaucoup plus petite que la taille d’un ongle humain – couvrait tout l’hippocampe d’une souris. Cette structure cérébrale, partagée par les humains, joue un rôle central dans l’apprentissage et la mémoire, ce qui en fait une cible de choix pour les ravages des démences comme la maladie d’Alzheimer. Pour leur étude, les scientifiques ont comparé des tissus cérébraux de souris, qui ont été élevées différemment. Alors qu’un groupe de rongeurs a grandi dans des cages standard, qui n’offraient aucun stimuli particulier, les autres étaient hébergés dans un « environnement enrichi » qui comprenait des jouets réarrangeables et des tubes en plastique en forme de labyrinthe.
« Les résultats ont dépassé de loin nos attentes », a déclaré le Dr Hayder Amin, scientifique principal de l’étude. Amin, expert en neuroélectronique et en neurosciences nomputationnelles, dirige un groupe de recherche au DZNE. Avec son équipe, il a développé la technologie et les outils d’analyse utilisés dans cette étude. « Simplifié, on peut dire que les neurones des souris de l’environnement enrichi étaient beaucoup plus interconnectés que ceux élevés dans un logement standard. Quel que soit le paramètre que nous avons examiné, une expérience plus riche a littéralement stimulé les connexions dans les réseaux neuronaux. Ces résultats suggèrent que la conduite une vie active et variée façonne le cerveau sur de tout nouveaux terrains. »
Un aperçu sans précédent des réseaux cérébraux
Le professeur Gerd Kempermann, qui co-dirige l’étude et a travaillé sur la question de savoir comment l’activité physique et cognitive aide le cerveau à développer sa résilience face au vieillissement et aux maladies neurodégénératives, atteste : « Tout ce que nous savions dans ce domaine jusqu’à présent était soit tirées d’études avec des électrodes uniques ou des techniques d’imagerie comme l’imagerie par résonance magnétique. La résolution spatiale et temporelle de ces techniques est beaucoup plus grossière que notre approche. Ici, nous pouvons littéralement voir les circuits à l’œuvre jusqu’à l’échelle des cellules individuelles. Nous avons appliqué des calculs avancés outils pour extraire une énorme quantité de détails sur la dynamique du réseau dans l’espace et dans le temps à partir de nos enregistrements. »
« Nous avons découvert une multitude de données qui illustrent les avantages d’un cerveau façonné par une riche expérience. Cela ouvre la voie à la compréhension du rôle de la plasticité et de la formation de réserves dans la lutte contre les maladies neurodégénératives, en particulier en ce qui concerne les nouvelles stratégies préventives », a déclaré le professeur Kempermann. a déclaré, qui, en plus d’être un chercheur DZNE, est également affilié au Centre de thérapies régénératives de Dresde (CRTD) à TU Dresden. « En outre, cela aidera à fournir des informations sur les processus pathologiques associés à la neurodégénérescence, tels que les dysfonctionnements des réseaux cérébraux. »
Potentiel concernant l’intelligence artificielle inspirée par le cerveau
« En dévoilant comment les expériences façonnent le connectome et la dynamique du cerveau, nous ne faisons pas que repousser les limites de la recherche sur le cerveau », déclare le Dr Amin. « L’intelligence artificielle s’inspire de la façon dont le cerveau calcule les informations. Ainsi, nos outils et les informations qu’ils permettent de générer pourraient ouvrir la voie à de nouveaux algorithmes d’apprentissage automatique. »
