Découvrez une carte incroyablement détaillée du cerveau de la mouche à fruits

Tout le monde veut entrer dans la tête d'une mouche à fruits. Le cerveau simple de ces insectes est inestimable pour les neuroscientifiques qui étudient le traitement de l'information et la gestion des tâches. Une nouvelle carte, d'une précision sans précédent, des connexions du cerveau de la mouche à fruits facilite désormais cette tâche. Après des années de travail sur leur initiative FlyLight, les chercheurs du campus de recherche Janelia de l'Institut médical Howard Hughes à Ashburn, en Virginie, ont compilé des photographies de plus de 74 000 cerveaux de mouches à fruits - détaillées jusqu'au neurone individuel - provenant de mouches de plus de 5 000 lignées génétiquement modifiées.

La précision est la clé

Plus une carte des connexions du cerveau (appelée connectome) est détaillée, mieux elle aide les scientifiques à comprendre comment fonctionnent les systèmes nerveux. "Le cerveau est un énorme circuit neuronal", déclare Geoffrey Meissner, chercheur à Howard Hughes et auteur principal de la nouvelle étude de cartographie publiée dans eLife. Si vous voulez savoir comment fonctionne le cerveau, dit-il, "vous devez connaître la carte du circuit".

Une méthode innovante pour une cartographie détaillée

Les chercheurs de FlyLight ont développé une méthode qu'ils ont nommée MultiColor FlpOut, dans laquelle divers gènes producteurs de pigments insérés interagissent avec une enzyme appelée Flp pour marquer les neurones activés avec différentes couleurs et niveaux de pigmentation. Les scientifiques ont ensuite assemblé ces échantillons comme un puzzle pour cartographier les chaînes respectives de cellules individuelles qui s'activent pendant certaines activités - et pour construire leur impressionnante nouvelle base de données.

Une carte neuronale détaillée grâce à l'imagerie microscopique électronique

La cartographie des connexions entre les neurones peut être réalisée en acquérant et en analysant des images cérébrales microscopiques électroniques (EM). Ces dernières années, cette approche a été appliquée à des morceaux de cerveaux pour reconstruire des cartes de connectivité locales qui sont très informatives, mais insuffisantes pour comprendre la fonction cérébrale de manière plus globale. Aujourd'hui, les chercheurs présentent le premier diagramme de câblage neuronal d'un cerveau adulte entier, contenant 5x10^7 synapses chimiques entre environ 130 000 neurones reconstruits à partir d'une femelle de Drosophila melanogaster. La ressource intègre également des annotations de classes et de types de cellules, de nerfs, d'hémilignées, et des prédictions d'identités de neurotransmetteurs. Les produits de données sont disponibles par téléchargement, accès programmatique, et navigation interactive, et sont rendus interopérables avec d'autres ressources de données sur les mouches. Les chercheurs montrent comment dériver un projectome, une carte des projections entre les régions, à partir du connectome. Ils démontrent le traçage des voies synaptiques et l'analyse du flux d'information des entrées (neurones sensoriels et ascendants) aux sorties (neurones moteurs, endocriniens, et descendants), à travers les deux hémisphères, et entre le cerveau central et les lobes optiques. Le traçage à partir d'un sous-ensemble de photorécepteurs jusqu'aux voies motrices descendantes illustre comment la structure peut révéler des mécanismes de circuits putatifs sous-jacents aux comportements sensorimoteurs. Les technologies et l'écosystème ouvert du Consortium FlyWire préparent le terrain pour de futurs projets de connectome à grande échelle dans d'autres espèces.

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