Une étude récente du Complexity Science Hub (CSH) de Vienne ouvre la voie à une meilleure compréhension de la complexité du cerveau humain, l’un des organes les plus grands et les plus sophistiqués du corps humain. L’étude – qui développe un cadre mathématique et informatique pour analyser l’activité neuronale dans C. elegansun petit ver qui a été utilisé comme organisme modèle pour étudier l’activité neuronale – a été publié vendredi dans la revue Biologie computationnelle PLoS.
L’organisme microscopique, composé de seulement 1.000 cellules – dont 300 neurones -, a été cartographié avec précision, mais le rôle des neurones dans le contrôle du comportement reste controversé, déclare Edward Lee, post-doctorant au CSH et auteur de l’article.
Sur la base des avancées récentes dans la mesure des neurones dans les vers vivants, la nouvelle étude propose un moyen de démasquer les rôles des neurones en utilisant des perturbations plus naturelles.
« Dans le travail, nous essayons d’être plus holistiques, dans le sens où nous prenons toutes les données et essayons de comprendre quels ensembles de neurones vont ensemble et sont associés à un comportement particulier », explique Lee. « En d’autres termes, si je veux que le ver tourne à gauche, je ne me soucie pas d’un neurone en particulier, je me soucie probablement de plusieurs neurones différents. »
Expérimenter avec un système neuronal simple
Lee et son équipe étudient le ver comme exemple car son système neuronal simple fournit une base solide pour comprendre les mécanismes du cerveau des animaux supérieurs, tels que les humains. Les chercheurs ont développé un modèle mathématique pour l’activité neuronale collective. Ils ont ensuite mené une en silicone expérimentez avec de petites perturbations neurales qui peuvent déclencher des réponses comportementales et peuvent être reproduites dans un essai scientifique.
« L’idée est que si vous pouvez, dans un modèle, pousser chacun des neurones de différentes manières, vous pouvez mesurer comment le comportement change. Et si le comportement change, par exemple, plus fortement lorsque deux neurones sont rapprochés, alors en quelque sorte ces deux neurones forment un ensemble et ne sont pas indépendants l’un de l’autre », explique Lee.
Recherches futures en neurosciences
Lee dit que les résultats indiquent des neurones intéressants qui peuvent être utilisés comme point de départ pour la recherche neuroscientifique. L’étude, qui a analysé environ 50 neurones dans le C. elegans système nerveux, suggère qu’il existe une poignée de neurones « pivotaux » qui sont associés à une réponse importante dans les statistiques. « Ce serait peut-être une bonne idée d’examiner ces neurones », souligne le scientifique du CSH.
« Savoir qu’un neurone est impliqué dans un comportement spécifique ne vous dit pas ce qu’il fait. Certains des résultats expérimentaux n’indiquent pas qu’un neurone était nécessairement impliqué dans un comportement de manière importante, par exemple », explique Lee. Lorsque plusieurs neurones sont impliqués dans un comportement particulier, il peut être intéressant d’étudier comment ils fonctionnent ensemble ou les uns contre les autres.
L’article pose plusieurs nouvelles hypothèses concernant la manière dont le contrôle comportemental pourrait être centralisé dans des cellules neuronales particulières. « Nous proposons un cadre théorique pour poser ces questions et faire des prédictions », conclut Lee, ajoutant qu’il espère que des expériences y répondront dans les années à venir.
