Comment un cerveau de mouche détecte le mouvement

L'un des plus grands connectomes publiés à ce jour révèle comment le cerveau peut détecter le mouvement.

Flyswatter spotter : Une reconstruction de 379 neurones impliqués dans la détection de mouvement chez la mouche des fruits.

Des chercheurs du Howard Hughes Institute Campus de recherche agricole Janelia et leurs collaborateurs rapport dans La nature mercredi qu'ils ont pu reconstruire les formes et les interconnexions des neurones dans une petite partie du cerveau de la mouche qui est responsable de la détection des mouvements visuels.

En cartographiant la structure du cerveau avec autant de détails, les chercheurs ont obtenu de nouvelles informations sur la façon dont le cerveau détecte les mouvements. Leur travail est le dernier exemple des nombreux efforts en cours en neurosciences pour comprendre comment le cerveau fonctionne en construisant des diagrammes complexes de connexions neuronales, ou connectomes (voir Connectomique).

Une théorie sur la façon dont les neurones pourraient travailler ensemble pour interpréter le mouvement existait depuis environ 60 ans, mais les scientifiques ne savaient pas comment le comportement était effectué par les circuits neuronaux, explique l'auteur principal Dmitri Chklovskii . C'est en partie parce que tracer un circuit neuronal, même dans le petit cerveau d'une mouche des fruits, est extrêmement difficile, dit-il.

Pour construire leur carte tridimensionnelle détaillée, Chklovskii et ses collègues ont pris des photos de tranches très fines sculptées dans un cerveau de mouche congelé, puis ont assemblé plus de 20 000 de ces images. Ils ont pu automatiser une grande partie de cette reconstruction, mais les humains ont dû passer par là pour vérifier les erreurs. Au total, environ 14 400 heures-personnes ont été nécessaires pour construire le connectome de 379 cellules avec 8 637 connexions synaptiques.

Les chercheurs ont identifié des cellules connectées les unes aux autres dans des circuits qui correspondent au modèle existant de détection des mouvements par le cerveau. Mais pour relier pleinement les informations structurelles au comportement, les modèles d'activité des neurones doivent être combinés avec ces cartes détaillées. La cartographie de l'activité des neurones dans le cerveau est l'un des principaux objectifs de l'initiative de neurosciences à grande échelle annoncée par le président Obama plus tôt cette année (voir The Brain Activity Map )

Le long de ces lignes, une histoire plus complète de la façon dont le cerveau calcule le mouvement est apparue lorsque le schéma de câblage a été combiné avec les résultats d'une autre étude publié dans le même numéro de La nature . À l'aide de molécules fluorescentes qui brillent lorsque les neurones sont actifs, une deuxième équipe de scientifiques a démontré que quatre sous-ensembles de neurones du connectome de mouvement répondent chacun au mouvement dans l'une des quatre directions cardinales : gauche, droite, haut et bas.

Avec la combinaison de notre travail anatomique avec la théorie, et le travail de physiologie et de comportement d'autres laboratoires, toute l'histoire commence à devenir claire maintenant, dit Chklovskii. Les connectomes des cerveaux des mouches et des cerveaux humains diffèrent les uns des autres, mais dans les deux cas, les cerveaux doivent effectuer des calculs similaires, explique Chklovskii. Les leçons apprises permettront de comprendre comment des calculs plus complexes sont effectués dans le cerveau des animaux, y compris des vertébrés comme nous.

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