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Les neurones sont les cellules de signalisation du système nerveux, transmettant des messages qui régissent tout, du mouvement à l'appétit. Avec environ 86 milliards de neurones, la toile synaptique du cerveau humain ressemble à un tas de spaghettis enchevêtrés lorsqu’on l’observe en imagerie brute. Le Consortium FlyWire, composé de scientifiques et de traceurs formés provenant de plus de 127 institutions, a maintenant transformé cette complexité en le premier connectome complet du cerveau entier d'une mouche à fruit femelle adulte.
À l’aide de 21 millions d’images haute résolution, l’équipe a appliqué des techniques de traçage automatisées et pilotées par l’IA pour démêler les circuits. L'atlas 3D qui en résulte contient près de 140 000 neurones, plus de 50 millions de synapses et environ 100 000 types de cellules annotés, le tout à partir de 2019. L'article phare a été publié dans Nature .
"Ce que nous avons fait, c'est créer un atlas du cerveau et ajouter des annotations pour toutes les entreprises, les bâtiments et les noms de rues. Grâce à cela, les chercheurs sont désormais équipés pour naviguer de manière réfléchie dans le cerveau, alors que nous essayons de le comprendre." – Dr Sven Dorkenwald, Université de Princeton.
Cette réalisation surpasse les modèles antérieurs, tels que le réseau de 302 neurones d'un ascaris adulte et la larve de mouche des fruits à 3 000 neurones, de plusieurs ordres de grandeur.
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Même si une mouche des fruits peut sembler éloignée de la neuroscience humaine, son cerveau partage des caractéristiques clés :60 % de notre ADN, y compris les gènes liés au décalage horaire, à l'apprentissage et aux anomalies chromosomiques, est conservé, et 75 % des maladies génétiques humaines ont des parallèles chez la drosophile. Ce point commun fait de la mouche un modèle inestimable pour étudier les troubles neurologiques.
De nombreuses maladies débilitantes, telles que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et la démence, sont actuellement incurables; le traitement se concentre uniquement sur le soulagement des symptômes. Grâce à cet atlas complet, les chercheurs peuvent identifier les différences entre les neurones et les circuits spécifiques entre les cerveaux sains et malades, ouvrant ainsi la voie à des thérapies de précision. Une étude de 2019 a démontré que les mouches des fruits peuvent modéliser la douleur chronique, laissant entrevoir d'autres possibilités de traduction.
Le Consortium FlyWire a également publié un Codex gratuit basé sur le Web qui permet aux scientifiques du monde entier d'explorer la carte sans logiciel avancé ni téléchargement volumineux. Début octobre 2024, plus de 10 000 utilisateurs s’étaient inscrits et de nouvelles expérimentations sont déjà en cours. Des ressources pédagogiques destinées aux étudiants du secondaire et du collégial ont été fournies pour élargir l'impact du modèle.