Harvard et Princeton cartographient chaque neurone du système nerveux de la mouche du vinaigre

Une vaste équipe internationale dirigée par la Harvard Medical School et l'Université de Princeton a publié le premier schéma de câblage complet de toutes les connexions neuronales du système nerveux central d'une mouche du vinaigre adulte, une étape importante qui révèle que le contrôle moteur fonctionne via des circuits locaux distribués plutôt que par un centre de commande cérébral centralisé.

Un plan neuronal complet

Les travaux, publiés le 8 juin dans Nature sous le titre "Distributed control circuits across a brain-and-cord connectome", combinent un connectome cérébral précédemment publié avec une carte nouvellement achevée de la corde nerveuse de la mouche du vinaigre — son équivalent de la moelle épinière — pour créer un diagramme unifié d'environ 160 000 neurones et de toutes leurs connexions synaptiques.eurekalert+1

"Nous pouvons voir tous les neurones et leurs connexions comme une unité complète pour la première fois et nous demander : 'Qu'est-ce que nous en apprenons ?'", a déclaré la co-auteure principale Rachel Wilson, du Blavatnik Institute à la Harvard Medical School.hms.harvard

Le projet est né de la convergence de deux efforts : le connectome cérébral 2024 du FlyWire Consortium, dirigé par Mala Murthy et Sebastian Seung à Princeton, et un connectome de la corde nerveuse développé dans le laboratoire du co-auteur principal Wei-Chung Allen Lee à la Harvard Medical School. L'ensemble de données combiné, connu sous le nom de BANC (Brain and Nerve Cord), a été construit en créant des milliers de coupes en série d'une seule mouche du vinaigre, en les imager par microscopie électronique et en utilisant l'IA pour assembler des millions d'images en une carte tridimensionnelle cohérente.eurekalert+1

Contrôle distribué, pas de commande centrale

La découverte centrale de l'étude renverse une hypothèse de longue date en neurosciences. Plutôt qu'un contrôleur centralisé dans le cerveau dirigeant les actions d'un animal, le contrôle moteur chez la mouche du vinaigre fonctionne principalement au niveau local ; par exemple, le mouvement de la patte d'une mouche est régi principalement par des circuits neuronaux dédiés à cette patte, qui se coordonnent ensuite avec les circuits des autres membres pour produire des comportements complexes comme la marche.hms.harvard+1

"Nos résultats suggèrent que le contrôle des actions est hautement distribué dans des modules locaux qui se relient et travaillent ensemble de différentes manières", a déclaré le co-premier auteur Alexander Bates.eurekalert

Implications pour l'IA, la robotique et au-delà

L'intégralité du connectome est disponible gratuitement en ligne, et les chercheurs établissent des parallèles avec le projet du génome humain en tant que ressource ouverte aux applications étendues. La co-première auteure Helen Yang a noté que même les systèmes d'IA avancés ne peuvent pas reproduire le répertoire comportemental d'une mouche du vinaigre : "Il pourrait y avoir des leçons pour l'IA dans la façon dont le système nerveux est organisé".hms.harvard+1

Les travaux ont été soutenus par l'U.S. BRAIN Initiative, les National Institutes of Health et la National Science Foundation. Lee étudie maintenant si un contrôle distribué similaire existe chez les souris — une question ayant une pertinence directe pour la compréhension des systèmes nerveux des mammifères.eurekalert+1