Trois grands défis pour la science du cerveau qui peuvent être résolus en 10 ans

L'un des grands défis scientifiques est de comprendre le cerveau humain. Des équipes de recherche du monde entier recueillent des données à une vitesse vertigineuse sur tout, du connectome du cerveau et de la façon dont il calcule à la nature de la maladie cérébrale et comment elle peut être mieux diagnostiquée et traitée.

Et pourtant, rassembler ce travail de manière à produire des objectifs réalisables reste un problème. Ainsi, plus tard ce mois-ci, la communauté internationale des sciences du cerveau se réunira à New York pour déterminer comment coordonner ses travaux sur des objectifs communs importants.

Mais quels devraient être exactement ces objectifs, personne ne le sait. Donc, une question importante en suspens est : sur quels grands défis les spécialistes du cerveau devraient-ils se concentrer ?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce à une séance de remue-méninges organisée plus tôt cette année par de nombreux neuroscientifiques parmi les plus influents au monde. Ils ont maintenant publié leurs conclusions et affirment avoir identifié trois grands défis réalisables au cours des 10 prochaines années et qui devraient donc devenir le centre d'intérêt de la communauté mondiale des neurosciences.

Le premier grand défi cherche à comprendre ce qui rend les cerveaux uniques. Les neuroscientifiques savent depuis longtemps que la structure du cerveau varie énormément à la fois au sein et entre les espèces. Les variations apparaissent dans l'anatomie des cerveaux - leur biochimie et leur connectivité ainsi que dans la façon dont ils se développent et l'expression des gènes impliqués dans ce processus.

Comprendre les principes de conception régissant la variabilité peut détenir la clé pour comprendre l'intelligence et l'expérience subjective, ainsi que l'influence de la variabilité sur la santé et la fonction, explique l'équipe de remue-méninges.

Le grand défi qu'ils proposent est donc de cartographier ces variations à travers un large éventail d'espèces, un exercice qu'ils appellent la neurocartographie anatomique. D'ici une décennie, nous prévoyons d'avoir relevé ce défi dans les cerveaux, y compris, mais sans s'y limiter, la drosophile, le poisson zèbre, la souris et le ouistiti, et d'avoir développé des outils pour effectuer des analyses neurocartographiques massives, disent-ils. Le résultat sera un 'NeuroZoo virtuel' à la pointe de la technologie avec des données entièrement annotées et des outils analytiques pour l'analyse et la découverte.

Le deuxième grand défi consiste à découvrir comment le cerveau résout les problèmes informatiques complexes de la vie, tels que traverser des terrains difficiles, traduire des langues et reconnaître des états émotionnels. C'est une énigme de longue date. Alors que les ordinateurs les plus puissants du monde luttent avec ces tâches malgré une puissance de traitement époustouflante et des mégawatts de puissance, le cerveau fait tout cela avec un peu plus qu'un bol de bouillie chaque jour.

Comment le cerveau gère-t-il cela ? Pour le savoir, les brainstormers proposent d'étudier comment différents composants du cerveau travaillent ensemble pour orchestrer des comportements complexes. Cela nécessitera une nouvelle génération d'expériences pour le faire dans des environnements naturels. Et il faudra des efforts coordonnés pour étudier ces mécanismes cérébraux à différentes échelles, de sorte que différentes équipes devront travailler en étroite collaboration pour coordonner leur travail. Ces expériences produiront des modèles multi-échelles de systèmes neuronaux avec le potentiel d'accomplir des tâches de calcul qu'aucun système informatique actuel ne peut effectuer, explique l'équipe.

Le dernier défi est de savoir comment utiliser toutes ces informations pour diagnostiquer et prévenir les maladies cérébrales et pour restaurer les fonctions lorsque le cerveau est endommagé. Une grande partie de ce travail se concentrera sur une meilleure compréhension de la façon dont la fonction neuronale peut mal tourner. Mais ces connaissances améliorées devront également être traduites en outils qui amélioreront la prise de décision clinique.

L'équipe s'est fixé un autre objectif pour la communauté mondiale des neurosciences. Il s'agit de créer l'infrastructure technologique pour des collaborations qui fonctionnent à l'échelle mondiale. Cette infrastructure sera connue sous le nom de International Brain Station, en hommage à la Station Spatiale Internationale, que le groupe professe admirer. L'International Brain Station est essentiellement un projet d'informatique en nuage qui permettra aux chercheurs de collecter, de stocker et d'analyser des données d'une manière accessible à tous.

Tout cela semble extrêmement ambitieux, mais il manque un certain nombre de détails. L'un d'entre eux est le rôle du projet européen sur le cerveau humain, qui est actuellement financé à hauteur d'un milliard d'euros. L'International Brain Station est-elle un concurrent de ce projet, une extension ou une sorte de corollaire ?

Et qu'en est-il du coût de la Station internationale du cerveau ? Les remue-méninges ne font aucune mention du coût probable de leur effort ni de qui pourrait le payer (bien que leur réunion ait été soutenue par la National Science Foundation et la Kavli Foundation).

À cet égard, la Station spatiale internationale n'est peut-être pas le meilleur exemple auquel aspirer. La station spatiale a coûté plus de 150 milliards de dollars et est de loin la machine la plus chère au monde.

Peut-être que ces questions ont été délibérément laissées pour la réunion Coordinating Global Brain Projects qui aura lieu à New York le 19 septembre.

Une chose que ce rapport a en sa faveur est le pedigree des scientifiques qui y ont contribué. Il s'agit notamment de Story Landis, ancien directeur de l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux des National Institutes of Health ; Winfried Denk, directeur de l'Institut Max Planck de neurobiologie ; Hollis Cline, professeur de neurosciences au Scripps Research Institute ; et George Church, généticien à l'Université de Harvard.

Il sera fascinant de savoir si le reste de la communauté mondiale des sciences du cerveau est d'accord.

Réf : arxiv.org/abs/1608.06548 : Grands défis pour les sciences mondiales du cerveau

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