Le cerveau humain orchestre l’ensemble de notre organisme avec une extrême précision. Fort de ses 100 milliards de neurones, il reste, aujourd’hui encore, au centre des recherches scientifiques. Son développement, ses principes de fonctionnement et ses facultés d’adaptation continuent de défier la compréhension humaine. Une étude récente, menée par une équipe de chercheurs australiens, a permis de mieux comprendre la coordination des activités cérébrales par les neurones. Selon leurs travaux, les cellules nerveuses ne consacrent pas plus de 40 % de leur activité à des tâches spécifiques, le reste étant dédié à des fonctions collaboratives. Une organisation neuronale similaire a été observée également chez des créatures aussi diverses que les mouches à fruits, les singes, les souris, les poissons-zèbres et les nématodes.
Dans le cerveau, les neurones communiquent par des signaux électriques, les influx nerveux. Chaque neurone, composé de dendrites et d’axones, forge des connexions avec ses pairs via les synapses. L’influx nerveux traverse les axones pour atteindre sa destination à la terminaison synaptique. Bien que la communication entre neurones soit bien documentée, leur organisation fait encore l’objet de débats parmi les scientifiques. Certains postulent une action solitaire des neurones, tandis que d’autres défendent un « travail d’équipe évolutif » visant à optimiser le système nerveux.
Les outils pour explorer cette organisation neuronale étaient jusqu’à présent très limités, ne permettant d’enregistrer qu’un nombre restreint de neurones. Grâce à une technique d’imagerie calcique développée par des chercheurs de l’Université de Sydney, de nouvelles perspectives d’observation s’ouvrent. Brandon Robert Munn, auteur principal de l’étude, souligne que l’utilisation de capteurs fluorescents réactifs aux niveaux de calcium a permis d’observer en temps réel l’activité neuronale.
Une hiérarchie fractale au cœur de l’activité cérébrale
Dans leur étude, récemment publiée dans la revue Cell, les chercheurs ont mis en lumière que les neurones collaborent pour former de vastes réseaux. « Nous avons découvert que l’activité cérébrale s’organise selon une hiérarchie fractale », ont-ils déclaré dans un article de The Conversation. Cette structure complexe révèle comment le cerveau parvient à équilibrer le travail d’équipe et les tâches individuelles des neurones.
Pour approfondir la compréhension de l’adaptabilité cérébrale, l’équipe a réalisé une simulation informatique. Celle-ci a révélé que la coordination fractale joue un rôle clé dans le flux d’informations au sein du système nerveux, permettant au cerveau de réaliser diverses tâches tout en utilisant efficacement ses ressources. Les neurones ajustent leur coordination pour maintenir le cerveau dans un état stable et agile face aux changements.
Les chercheurs ont également observé que chez le poisson-zèbre, de nombreux neurones fonctionnent en synergie. « Cette organisation résiliente favorise une nage fluide, même dans des environnements en rapide évolution », expliquent-ils.
Chez les souris, les codes neuronaux diffèrent, particulièrement au niveau de la vision, ce qui leur permet une analyse visuelle précise. Cependant, une perturbation mineure dans le flux d’informations peut profondément altérer leur perception de l’environnement.
Selon les scientifiques, ces résultats suggèrent que cette hiérarchie fractale s’est développée au fil de l’évolution, le cerveau ayant trouvé un équilibre fonctionnel. « Nos conclusions laissent entrevoir que ce principe de concentration individuelle et de collaboration évolutive pourrait constituer une solution universelle, au-delà du cerveau », conclut l’équipe.