Le Blue Brain Project publie le premier atlas du cerveau en 3D

Le premier atlas numérique 3D de chaque cellule du cerveau de la souris offre aux neuro-scientifiques des informations jusqu'ici inaccessibles sur les principaux types de cellules, leur nombre et leur position dans l'ensemble des 737 régions cérébrales. Ceci pourrait accélérer considérablement les progrès de la science du cerveau. Présenté par le Blue Brain Project de l'EPFL et publié dans Frontiers in Neuroinformatics, le Blue Brain Cell Atlas intègre les données de milliers d'échantillons de cellules cérébrales entières dans une ressource en ligne globale, interactive et dynamique, qui peut être mise à jour de manière permanente, au fil des nouvelles découvertes. Cet atlas numérique révolutionnaire, qui bénéficie d'un soutien financier du Human Brain Project, peut être utilisé pour analyser et modéliser des zones spécifiques du cerveau, et constitue une avancée majeure pour une simulation complète du cerveau des rongeurs.

«Malgré un très grand nombre d'études au cours du siècle passé, les cellules n’avaient été dénombrées que dans 4% des aires cérébrales de la souris – et ces estimations variaient souvent d'un facteur trois», dit le fondateur et directeur du Blue Brain Project, Henry Markram. «L'Atlas des cellules du Blue Brain résout ce problème en offrant les meilleures estimations, même pour la plus petite aire connue du cerveau de la souris».

«Connaître les composants des circuits et comment ils sont arrangés constitue aussi un point de départ essentiel pour modéliser le cerveau – exactement comme les données démographiques sont essentielles pour modéliser un pays, par exemple», explique Csaba Erö, auteur principal et créateur de l'Atlas.

Naviguer au cœur du cerveau à l'échelle des cellules individuelles

Les précédentes cartographies du cerveau consistent en un empilement d'images de tranches de cerveau teintées. Certaines montrent les positions exactes des cellules pour l'entier du cerveau, tandis que d'autres montrent des types de cellules particuliers – mais aucune ne traduit ces précieuses données en chiffres et en positions de toutes les cellules dans le cerveau sous la forme d'un atlas navigable numériquement.

Cette étape révolutionnaire est l'aboutissement de cinq années passées à récolter et à intégrer des milliers d'échantillons de tissu cérébral. Erö et ses collègues se sont appuyés principalement sur toutes les données d'imagerie mises à disposition par le Allen Institute for Brain Science, et les ont combinées avec un grand nombre d'études anatomiques de manière à calculer et valider les principaux types, nombre et position des cellules dans chaque aire cérébrale de la souris – y compris toutes les aires où l'on n'avait encore jamais obtenu de données sur les cellules.

«Notre atlas cellulaire, c'est comme passer d'une carte dessinée à la main aux images-satellite numérisées des villes et des particularités géographiques, en nous permettant de naviguer à travers le cerveau de la même manière que Google Earth nous permet de naviguer sur la Terre», dit Marc-Olivier Gewaltig, Blue Brain Section Manager. «C'est de la 3D à haute résolution, consultable, navigable, annotée, conviviale – et cela comble un immense vide dans notre connaissance de 96% des aires du cerveau de la souris».

Gratuit et accessible à tous

Disponible gratuitement en ligne, le Blue Brain Cell Atlas permet à ses utilisateurs de visualiser 737 aires du cerveau et les cellules qu'elles contiennent, et de télécharger leur nombre et leur position dans l'aire à laquelle on s'intéresse. Il distingue les neurones excitateurs, inhibiteurs et d'autres types encore – de même que des types principaux de cellules non-neuronales formant la glie, qui isole et protège les neurones. Ces données sont importantes pour les chercheurs qui s'appliquent à comprendre la structure et le fonctionnement des différentes aires du cerveau, ou pour élaborer des modèles fonctionnels d'aires spécifiques du cerveau.

«C'est aussi une excellent support pédagogique: vous pouvez choisir de montrer uniquement les régions qui vous intéressent et naviguer au travers, jusqu'au niveau des cellules individuelles, qui sont codées par des couleurs selon leur type morphologique» ajoute Marc-Olivier Gewaltig.

Le Blue Brain Cell Atlas, c'est aussi la première cartographie dynamique qui permet aux chercheurs de contribuer à l'amélioration de l'Atlas avec de nouvelles données. «Nous pouvons désormais avancer de manière collaborative vers la réalité de ce qui se trouve dans le cerveau de la souris», explique Henry Markram.

«Notre message aux chercheurs sur le cerveau du monde entier, c'est: essayez-le, utilisez-le, et ajoutez-y des données», concluent les auteurs.