San Diego [US], 22 novembre (ANI) : les scientifiques peuvent désormais observer l’activité cérébrale d’un ver microscopique et vous dire quel produit chimique il a senti il y a quelques secondes.
Cette recherche a été dirigée par le professeur agrégé Salk Sreekanth Chalasani au Salk Institute. Il s’agit d’une nouvelle étude qui pourrait aider les scientifiques à comprendre le fonctionnement du cerveau et à intégrer l’information.
L’étude a été publiée dans le PLOS Computational Biology Journal.
« Nous avons découvert des choses inattendues lorsque nous avons commencé à étudier l’effet de ces stimuli sensoriels sur les cellules individuelles et les connexions dans le cerveau des vers », a déclaré Chalasani, membre du Laboratoire de neurobiologie moléculaire et auteur principal du nouveau travail.
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Chalasani s’intéresse à la façon dont le cerveau traite les informations du monde extérieur au niveau cellulaire. Les chercheurs ne peuvent pas suivre l’activité de chacune des 86 milliards de cellules cérébrales d’un être humain vivant, mais ils peuvent le faire dans le ver microscopique Caenorhabditis elegans, qui ne contient que 302 neurones.
Chalasani a expliqué que chez un animal aussi simple que C. elegans, les chercheurs peuvent surveiller des neurones individuels pendant que l’animal effectue des actions. Ce niveau de précision n’est actuellement pas possible chez l’homme ou même la souris.
L’équipe de Chalasani a entrepris d’étudier comment les neurones de C. elegans réagissaient au reniflement de chacun des cinq produits chimiques différents : benzaldéhyde, diacétyle, alcool isoamylique, 2-nonanone et chlorure de sodium. Des études antérieures ont montré que les bactéries septales Clostridium peuvent distinguer ces produits chimiques qui, pour les humains, sentent les amandes, le maïs soufflé beurré, les bananes, le fromage et le sel. Et tandis que les chercheurs connaissaient l’identité de la petite poignée de neurones sensoriels qui ont directement détecté ces stimuli, le groupe de Chalasani était plus intéressé par la façon dont le reste du cerveau interagissait.
Les chercheurs ont conçu C. elegans de sorte que chacun des 302 neurones contienne un capteur fluorescent qui s’allumerait lorsque le neurone était actif. Ensuite, ils ont observé, au microscope, l’exposition de 48 vers différents à des rafales répétées des cinq produits chimiques. En moyenne, 50 ou 60 neurones sont activés en réponse à chaque produit chimique.
En examinant les caractéristiques clés des ensembles de données, telles que le nombre de cellules actives à chaque instant, Chalassani et ses collègues n’ont pas pu différencier immédiatement les différents produits chimiques. Ils se sont donc tournés vers une approche mathématique appelée théorie des graphes, qui analyse les interactions collectives entre des paires de cellules : lorsqu’une cellule est activée, comment l’activité des autres cellules change-t-elle en réponse ?
Cette approche a révélé que chaque fois que C. elegans était exposé au chlorure de sodium (sel), il y avait d’abord une explosion d’activité dans un groupe de neurones – probablement des neurones sensoriels – mais après environ 30 secondes, des triplets d’autres neurones ont commencé à coordonner leurs activités. Fortement. Ces triplets distincts n’ont pas été vus après d’autres stimuli, permettant aux chercheurs de déterminer avec précision – en se basant uniquement sur les schémas cérébraux – quand le ver a été exposé au sel.
« C. elegans semble avoir une détection de sel très appréciée, utilisant une formation de circuit entièrement différente dans le cerveau pour répondre », a déclaré Chalasani.
« C’est peut-être parce que le sel représente souvent les bactéries qui alimentent le ver », a-t-il ajouté.
Les chercheurs ont ensuite utilisé un algorithme d’apprentissage automatique pour déterminer d’autres différences plus subtiles dans la façon dont le cerveau réagit à chacun des cinq produits chimiques. L’algorithme a pu apprendre à distinguer la réponse neuronale au sel et au benzaldéhyde, mais il a souvent confondu les trois autres produits chimiques.
« Quelle que soit l’analyse que nous ayons faite, c’est un début, mais nous n’obtenons toujours qu’une réponse partielle sur la façon dont le cerveau distingue ces choses », a déclaré Chalasani.
Cependant, il a noté que la façon dont l’équipe a abordé l’étude – ils ont examiné la réponse du cerveau à l’échelle du réseau aux stimuli et à la théorie des graphes appliquée, plutôt que de se concentrer uniquement sur un petit groupe de neurones sensoriels et s’ils étaient actifs ou non – a ouvert la voie chemin vers plus d’études. La complexité et l’exhaustivité de la façon dont le cerveau réagit aux stimuli.
L’objectif ultime des chercheurs, bien sûr, n’est pas de lire dans l’esprit de minuscules vers, mais de mieux comprendre comment les humains codent les informations dans le cerveau et ce qui se passe lorsque cela tourne mal dans les troubles du traitement sensoriel et les conditions associées telles que l’anxiété. , trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité (TDAH), troubles du spectre autistique, etc.
Les autres auteurs de la nouvelle étude sont Saket Navlakha du Cold Spring Harbor Laboratory et Javier Howe de l’Université de Californie à San Diego. Le travail a été soutenu par des subventions du Pew Charitable Funds, des National Institutes of Health et de la National Science Foundation. (Ani)
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