Les chercheurs ont terminé la toute première carte d’activité d’un cerveau de mammifères dans un duo révolutionnaire d’études, et il a réécrit la compréhension des scientifiques des décisions.
Le projet, impliquant une douzaine de laboratoires et de données de plus de 600 000 cellules cérébrales de souris individuelles, a couvert des zones représentant plus de 95% du cerveau. Résultats de la recherche, publié dans deux papiers Dans la nature du journal, Suggérez que la prise de décision implique beaucoup plus de cerveau qu’on ne le pensait auparavant.
Le projet de mammouth a été dirigé par le Laboratoire international du cerveau (IBL), une collaboration de neuroscientifiques expérimentaux et théoriques de toute l’Europe et des États-Unis, ces scientifiques ont été unis par un sentiment familier et harcelant.
« Nous avons eu un problème avec la façon dont la science a été terminée », a déclaré Matteo Carandinineuroscientifique à l’University College de Londres et membre de base de l’IBL.
Dans des études précédentes sur le cerveau, de nombreux laboratoires séparés ont décidé de répondre à de grandes questions sur l’organe, explorant comment l’activité cérébrale se rapporte au comportement, par exemple. Cependant, chaque laboratoire a étudié cette question dans les cerveaux de différentes souris et a effectué des tâches comportementales légèrement différentes avec chaque ensemble de rongeurs. Une fois que vous avez ajouté dans les incertitudes sur la façon dont chaque groupe de recherche a défini des régions distinctes dans le cerveau, ces incohérences ont brouillé les résultats.
« Nous ne saurions pas si nous sommes d’accord ou en désaccord, car tant de choses étaient différentes », a déclaré Carandini à Live Science.
L’IBL s’est donc réunie pour concevoir une seule expérience robuste et standardisée à une échelle que aucun laboratoire individuel ne pouvait aborder seul. Ils ont ensuite associé cette mégatest avec des outils de mesure du cerveau de précision et des méthodes d’analyse prédéfinie pour rendre les résultats aussi reproductibles que possible. Le but de l’expérience serait de surmonter un obstacle durable sur le terrain.
« L’un des défis les plus anciens en neurosciences est de déchiffrer comment la variation des systèmes neuronaux – à la fois structurelle et fonctionnelle – s’inscrit sur la variation du comportement », » Federico Turkheimerun neuroscientifique du King’s College London qui n’a pas été impliqué dans l’étude, a déclaré dans un communiqué au Royaume-Uni Science Media Center.
Ce projet comprenait finalement 139 souris, réparties sur 12 laboratoires à travers le monde, qui ont été implantés avec des dispositifs d’enregistrement cérébrale appelées sondes de neuropixels. Les sondes peuvent enregistrer jusqu’à 1 000 neurones individuels simultanément. Les chercheurs ont testé les souris avec une simple tâche comportementale que chacune des douzaines de laboratoires pourrait reproduire de manière fiable: les chercheurs ont placé des souris devant un écran, et un marqueur rayé noir et blanc clignote à droite ou à gauche. Si les souris ont déplacé une petite roue dans le même sens que le flash, ils ont reçu une récompense.
Sur la base de ce que vous auriez lu dans un manuel des neurosciences, a déclaré Carandini, vous vous attendez à ce que l’activité cérébrale se soit produite pendant l’expérience à suivre un chemin linéaire. Premièrement, les cellules du cortex visuel qui reconnaissent les images se déclencheraient, suivies de neurones dans une partie différente du cerveau, comme le cortex préfrontal, connu pour être impliqué dans des décisions abstraites. Ces informations pourraient ensuite être combinées avec une activité supplémentaire qui représentait les expériences antérieures de la souris – en d’autres termes, les souvenirs – avant d’être envoyés aux régions motrices du cerveau qui contrôlent les réponses musculaires.
Les résultats des chercheurs ont soutenu une partie de cette réaction en chaîne; Le cortex visuel a été la première chose à activer, par exemple. Pourtant, d’autres résultats se sont affrontés avec les attentes de l’équipe.
Dans certains des essais expérimentaux, les chercheurs ont rendu le marqueur à l’écran incroyablement faible, de sorte que les souris devaient essentiellement deviner la voie pour déplacer la roue. Le deuxième article de la nature s’est concentré sur la façon dont les souris ont utilisé des attentes antérieures – en fonction de l’endroit où le marqueur avait été dans les tests précédents – pour informer leur supposition. L’activité cérébrale qui a flashé lorsque les souris ont deviné dans ces tâches étaient également beaucoup plus largement réparties dans le cerveau que l’équipe ne le serait.
L’IBL a modélisé son approche pour comprendre le cerveau sur des initiatives similaires, telles que les expériences de physique des particules menées à Cern ou le Projet du génome humain travailler pour comprendre notre ADN. Pour décrire l’impact du projet, Carandini atteint un autre domaine: l’astronomie.
Il a noté que les premiers astronomes pouvaient regarder le ciel nocturne et voir toutes les star, mais en très mauvais détail. Avec l’avènement du télescope, les corps célestes individuels pourraient être explorés. Des travaux antérieurs en neurosciences, a-t-il dit, était « comme si quelqu’un n’avait pointé un télescope que vers une seule galaxie, puis différents astronomes avaient pointé leurs télescopes sur différentes galaxies, et a dit: » Ma galaxie fait cela! » ou « Non, ma galaxie fait ça! » Le nouveau projet, a-t-il expliqué, était comme être capable de voir toutes les caractéristiques du ciel nocturne à la fois.
Un tel travail n’a été possible qu’avec des avancées technologiques récentes et une collaboration améliorée entre les laboratoires, mais Carandini espère qu’elle peut désormais être utilisée pour répondre à d’autres grandes questions sur le cerveau. Les résultats du document actuel ne sont que corrélationnels, il n’est donc pas possible de dire si l’activité cérébrale observée provoque directement une décision ou n’est associée qu’au processus.
« Je pense que c’est la prochaine frontière », a-t-il dit, « consiste à ajouter de la causalité à l’étude. »
