Ingénierie du cerveau

Le siècle dernier a vu de grands progrès dans notre compréhension des aspects du calcul neuronal qui peuvent être étudiés par l'expérimentation sur une ou quelques cellules - par exemple, comment les synapses permettent à un neurone de parler à l'un de ses voisins. Mais les phénomènes qui ont amené de nombreux neuroscientifiques à s'intéresser au cerveau en premier lieu – l'apprentissage, les émotions, la conscience et des troubles mystérieux tels que la dépression et la schizophrénie – restent difficiles à expliquer par des expériences sur une ou même quelques cellules. Des milliers ou des millions de cellules, calculant comme un ensemble, sont responsables de la quasi-totalité de nos comportements, ainsi que de leurs dérèglements.

En raison de la complexité des circuits neuronaux, la pratique des neurosciences des systèmes reste un art raffiné. Au-delà du neurone unique, les détails informatiques restent flous pour la plupart des circuits neuronaux du cerveau.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mars 2007

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Avant de devenir neuroscientifique, j'ai suivi une formation de physicien et d'ingénieur. J'ai donc décidé d'essayer d'inventer des outils pour aider à résoudre les vieux problèmes inflexibles du cerveau normal et pathologique. J'ai lancé un nouveau groupe de recherche au MIT Media Lab pour développer des technologies de contrôle de l'activité neuronale et les utiliser pour trouver et concevoir les éléments de circuit qui médient des états et des comportements spécifiques. Nous appliquerons également ces technologies à la conception de stratégies plus ciblées et non invasives pour corriger les troubles cérébraux. Ces efforts pourraient permettre aux neuroscientifiques de mieux comprendre les liens entre l'activité des circuits neuronaux et des conditions telles que la dépression (voir Neuron Control).

En 2005, j'ai pu, avec mes collègues du Max Planck Institute of Biophysics et de l'Université de Stanford, faire en sorte que des neurones spécifiques déclenchent des pics précisément en réponse à de brèves impulsions de lumière bleue, en exprimant dans les neurones une protéine membranaire unique issue du vert. algues (voir Artificially Firing Neurons , septembre/octobre 2006). Mon laboratoire développe des protocoles automatisés pour l'utilisation de cette technique et d'autres outils de contrôle neuronal que nous inventons pour révéler systématiquement les modèles d'activité et de comportement des circuits qui sont médiés par un neurone ou un ensemble de neurones spécifique. Nous explorons également l'utilisation systématique des technologies de contrôle neuronal pour corriger les déficits neurologiques et psychiatriques et pour améliorer la cognition.

Notre cerveau est l'interface ultime entre nous et le monde. L'ingénierie directe de cette interface peut nous donner de nouvelles informations sur la façon dont nous ressentons des sensations, décidons d'actions et prenons conscience de nous-mêmes, et permet de nouveaux modes de communication, de prothèse neurale et d'augmentation cognitive. La question de savoir comment nous expérimentons subjectivement la réalité est l'un des grands problèmes non résolus de tous les temps et nécessitera de nouveaux outils et une collaboration entre les disciplines pour y répondre. Je crois que dans cette quête, les compétences et les efforts des neuro-ingénieurs seront essentiels.

Edward Boyden est professeur adjoint au MIT Media Lab, où il dirige le nouveau Neuroengineering and Neuromedia Lab.

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