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La plus grande reconstruction en 3D d'un fragment de cerveau humain a été réalisée
Dernière revue: 02.07.2025
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Un millimètre cube de tissu cérébral peut paraître peu. Mais si l'on considère que ce petit carré contient 57 000 cellules, 230 millimètres de vaisseaux sanguins et 150 millions de synapses, soit un total de 1 400 téraoctets de données, les chercheurs de Harvard et de Google ont réalisé d'énormes progrès.
Une équipe de Harvard dirigée par Jeff Lichtman, professeur Jeremy R. Knowles de biologie moléculaire et cellulaire et nouveau doyen de la Faculté des sciences, et des chercheurs de Google ont créé la plus grande reconstruction 3D du cerveau humain à ce jour au niveau synaptique, montrant en détail chaque cellule et son réseau de connexions neuronales dans une partie du cortex temporal humain de la taille d'un demi-grain de riz.
Cette découverte, publiée dans la revue Science, est la dernière en date d'une collaboration de près de dix ans avec des scientifiques de Google Research. Cette collaboration associe la microscopie électronique de Lichtman à des algorithmes d'IA pour coder en couleur et reconstruire le câblage neuronal extrêmement complexe des mammifères. Les trois co-auteurs principaux de l'article sont Alexander Shapson-Ko, ancien postdoctorant de Harvard, Michal Januszewski, de Google Research, et Daniel Berger, postdoctorant de Harvard.
L'objectif ultime de la collaboration, soutenue par l'initiative BRAIN des National Institutes of Health, est de créer une carte haute résolution de la connectivité neuronale sur l'ensemble du cerveau de la souris, ce qui nécessiterait environ 1 000 fois plus de données que celles obtenues à partir d'un millimètre cube de cortex humain.
Le mot « fragment » est ironique. Un téraoctet représente une quantité énorme pour la plupart des gens, mais un fragment de cerveau humain – une toute petite partie de cerveau humain – représente tout de même des milliers de téraoctets.
Jeff Lichtman, professeur Jeremy R. Knowles de biologie moléculaire et cellulaire
La dernière carte publiée dans Science révèle des détails inédits sur la structure du cerveau, notamment un réseau clairsemé mais puissant d'axones reliés par jusqu'à 50 synapses. L'équipe a également observé certaines particularités dans le tissu, comme un petit nombre d'axones formant de vastes spirales. L'échantillon ayant été prélevé sur un patient épileptique, l'équipe ne sait pas si ces formations inhabituelles sont pathologiques ou simplement rares.
Le domaine de recherche de Lichtman est la « connectomique », qui, comme la génomique, vise à créer des catalogues complets de la structure cérébrale, jusqu'aux cellules individuelles et à leurs connexions. Ces cartes exhaustives ouvriront la voie à une nouvelle compréhension du fonctionnement et des maladies cérébrales, dont les scientifiques connaissent encore très peu de choses.
Les algorithmes d'IA de pointe de Google permettent de reconstruire et de cartographier le tissu cérébral en trois dimensions. L'équipe a également développé un ensemble d'outils accessibles au public permettant aux chercheurs d'explorer et d'annoter le connectome.
« Compte tenu de l'énorme investissement consacré à ce projet, il était important de présenter les résultats de manière à ce que quelqu'un d'autre puisse désormais en bénéficier », a déclaré Viren Jain, chercheur chez Google.
Ensuite, l’équipe ciblera une région de l’hippocampe de la souris qui est importante pour les neurosciences en raison de son rôle dans la mémoire et les maladies neurologiques.