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Un réseau Internet dans notre cerveau

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Le système complexe qu'est notre cerveau ne serait pas organisé de manière hiérarchisée mais ressemblerait plus à un réseau de type Internet où tout communique avec tout. Un moyen qui permettrait au cerveau d'utiliser des voies neuronales alternatives en cas de dommages.

Le cerveau, qui possède cent milliards de neurones, semble avoir organisé le flot d'informations sous forme d'un réseau semblable à celui d'Internet. © WriterHound / Licence Creative Commons

Notre cerveau est plutôt bien cartographié : les hémisphères gauche et droit et leurs différents lobes, le cervelet, le corps calleux... Les fonctions des différentes régions ont également été bien définies (aires du langage, de la motricité, de la vision...). Ce n'est pas non plus un mystère, les neurones constituent la brique de base du cerveau. Ces cellules aux longs prolongements axoniques sont essentielles à la communication au sein du cerveau : au niveau de la synapse, la région entre deux neurones, des molécules sont relarguées par l'axone et captées par le neurone suivant qui sera alors activé.

Mais comment est organisé le réseau neuronal et comment est géré le flot d'informations permanent ? Initialement, les scientifiques optaient davantage pour un réseau hiérarchisé où un ou plusieurs neurones passent l'information aux neurones suivants selon une chaîne bien définie. Avec cent milliards de neurones dans le cerveau humain, l'organisation se doit en effet d'être parfaite ! Pourtant, les rouages des réseaux neuronaux restent toujours bien mystérieux.

La quantité phénoménale de travail et surtout le manque d'outils constituaient des freins à l'étude des relations inter-neuronales. Pourtant, le National Institute of Health a annoncé sa volonté de cartographier l'ensemble des réseaux neuronaux humains, appelé connectome, grâce au financement du Human Connectome Project. Les outils des neurosciences ont en effet évolué et semblent aujourd'hui assez puissants pour y parvenir.

Exemple d'images d'une même région obtenues grâce à l'utilisation simultanée de deux traceurs spécifiquement reconnus par deux anticorps différents. © PNAS

Des réseaux alternatifs de secours

Des scientifiques de l'Université de Californie du Sud (USC) ont mis au point une technique dérivée de techniques d'imageries cérébrales existantes, mais plus puissante car il est désormais possible de visualiser simultanément quatre traceurs neuronaux. La méthode consiste en l'injection de deux couples de traceurs en deux sites du cerveau de rat : chaque couple de marqueurs comprend une molécule antérograde (qui traverse la synapse vers le neurone suivant) et une molécule rétrograde (qui remonte le long de l'axone).

Le prélèvement des cerveaux des rats, la réalisation de coupes et leur observation au microscope confocal permet de visualiser les traceurs après l'ajout d'anticorps fluorescents spécifiques à chacun (une couleur est attribuée à chaque traceur) et donc de déterminer les neurones impliqués dans les circuits. Cette technique permet de visualiser deux circuits ou zones d'un même circuit simultanément et dans les deux directions.

Les chercheurs ont appliqué cette méthode à une région du cerveau de rat, impliquée dans la satisfaction procurée par la nourriture et ont publiés leurs observations dans le journal PNAS. Les résultats montrent un circuit très complexe sous forme de boucles et de circuits qui ne semblent pas hiérarchisés : il n'y a ni haut ni bas, à l'image du réseau Internet.

Bien qu'étayé par ces travaux, ce modèle hypothétique des liaisons neuronales n'a pas été prouvé. Les circuits neuronaux observés devront être validés physiologiquement pour assurer de leur réalité biologique et fonctionnelle. Toutefois, cette répartition des rôles des neurones pourrait conférer un avantage : une coupure entre deux neurones laisserait le circuit toujours fonctionnel grâce à l'existence de connexions alternatives. Cette stratégie protègerait donc le cerveau contre des dommages cérébraux, ce que l'hypothèse des connexions hiérarchisées ne permet pas.

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