Une plateforme mettant en évidence la répartition spatiale des cellules du cerveau a été publiée. Elle expose une représentation en 3D qui pourra servir à la neuroimagerie médicale ainsi qu’à d’autres projets axés sur la compréhension du fonctionnement cérébral.

Lorsqu’on observe des coupes du cerveau humain au microscope, on constate une structure très hétérogène avec des régions distinguables l’une de l’autre, en particulier selon la distribution et la densité de cellules nerveuses. Une équipe participant au Human Brain Project, un projet colossal sur dix ans financé par l’Union européenne et qui a pour objectif de développer un superordinateur simulant le fonctionnement du cerveau humain, a voulu illustrer ces différences en créant le tout premier atlas 3D du cerveau, qui permet d’observer en détail les variabilités des différentes régions.

Nommée « Julich-Brain », cette interface est basée sur l’analyse de plus de 10 cerveaux, ainsi que sur la numérisation de 24’000 coupes qui avaient été par la suite assemblées en 3D et cartographiées. Cet imposant travail a permis de différencier plus de 250 régions.

« D’une part, l’atlas numérique du cerveau aidera à interpréter plus précisément les résultats des études de neuroimagerie, par exemple des patients », explique la directrice de l’Institut de neuroscience et de médecine du Centre de recherche de Jülich Katrin Amunts, qui est également l’une des têtes pensantes du Human Brain Project. « D’un autre côté, il devient la base d’une sorte de « Google Earth » du cerveau — parce que le niveau cellulaire est la meilleure interface pour relier des données sur des facettes très différentes du cerveau ».

Le Julich-Brain fait partie de « EBRAINS », une plateforme internet rassemblant des données de recherches sur le cerveau accessibles aux neuroscientifiques, et qui contribue au Human Brain Project.

La réalisation de l’Atlas 3D est le résultat de plus de 25 ans de recherche. L’analyse de coupes de tissus et la répartition de ces derniers entre les régions du cerveau, qui correspond à une longueur totale de près de 2000 mètres, ont été possibles à partir d’images et d’algorithmes mathématiques. « En collaboration avec de nombreux partenaires de ce projet, nous construisons EBRAINS comme une nouvelle infrastructure de recherche de haute technologie pour les neurosciences », déclare Amunts.

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D’importantes variations des régions avec leurs différences

Tous les cerveaux humains ne sont pas identiques, comme cela peut être observable dans les coupes. En effet, des différences au niveau de la taille et de l’emplacement des cellules nerveuses ont été mises en évidence dans le Julich-Brain par ce que les chercheurs ont appelé « la carte des probabilités », où les degrés de variation des zones du cerveau de chaque individu sont montrés par différentes couleurs. L’aire de Broca, qui est impliquée dans le traitement du langage, montre l’une des plus fortes variations, alors que le cortex visuel qui traite les informations transmises par la vue, semble plus uniforme.

carte des probabilites cerveau

Une carte des probabilités d’une région du lobe frontal. Le rouge signifie une forte probabilité et donc une faible variabilité entre individus. Crédits : Centre de recherche de Jülich / Katrin Amunts

Le Julich-Brain aide déjà les experts pour l’analyse des liens entre l’activité, les connexions et l’expression des gènes, des étapes qui seront utiles dans la compréhension de certaines fonctions et maladies du cerveau. Il contribuera également au développement d’intelligences artificielles ainsi qu’aux études sur l’activité des différentes régions du cerveau.

« Il est passionnant de voir à quel point la combinaison de la recherche sur le cerveau et des technologies numériques a progressé », ajoute Amunts. « Beaucoup de ces développements convergent dans l’atlas Julich-Brain et sur EBRAINS. Ils nous aident — et de plus en plus de chercheurs dans le monde — à mieux comprendre l’organisation complexe du cerveau et à découvrir ensemble comment les éléments sont connectées ».

Source : Science

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