Le cerveau d'un rat modélisé (partiellement) sur ordinateur

Ces travaux parus dans la revue Cell, menés dans le cadre du Blue Brain Project et coordonnés par l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse, visent tout d'abord à reproduire un cerveau de rat complet et, à plus long terme, à modéliser un cerveau humain pour mieux le comprendre et l'étudier. Cette première reconstruction d'un échantillon de tissu cérébral et de son fonctionnement contient plus de 31.000 neurones, 55 couches de cellules et 207 différents sous-types de neurones.

D'importants efforts de recherche sont en cours en Europe et aux États-Unis pour déterminer les différents types de neurones ou encore les cellules nerveuses du cerveau, pour mesurer leurs propriétés électriques et cartographier les circuits neuronaux et leurs branchements.

Utilisant cette abondance de données, ces scientifiques ont reproduit une tranche virtuelle du cerveau représentant différents types de neurones dans la région du néocortex ainsi que les mécanismes clés contrôlant leur fonctionnement : en découle notamment une modélisationmodélisation de leur connectivité, y compris près de 40 millions de synapsessynapses et 2.000 branchements entre chaque type de cellules cérébrales.

« Cette reconstruction virtuelle a nécessité un nombre gigantesque d'expériences, a expliqué Henry Markram de l'EPFL. Elle ouvre la voie à la capacité de prédire le flux électrique dans tous les 40 millions de synapses », des structures permettant la transmission de messages électriques ou chimiques entre les neurones.

Henry Markram, professeur de neuroscience à l’EPFL, est l'un des principaux auteurs de ces travaux sur la reconstitution numérique d'une partie d'un cerveau de rat. © EPFL

Une première étape avant la numérisation du cerveau entier

Une fois achevée cette reconstruction, les chercheurs ont utilisé de puissants superordinateurs pour simuler le comportement des neurones dans différentes conditions.

Ils ont toutefois estimé que cette simulation cérébrale ne constituait pas une démonstration suffisante indiquant qu'il est possible de reproduire informatiquement un cerveau humain, qui contient plus de cent milliards de neurones.

« Il s'agit seulement d'un premier pas », a dit Henry Markram, qui imagine un outil de recherche capable de numériser certaines caractéristiques des neurones et leurs branchements qui sont communs à tous les cerveaux. On est encore très loin, estiment les chercheurs, de pouvoir télécharger la personnalité la personnalité d'un être humain dans un ordinateur.

Cette étude a été en partie financée par le Human Brain Project, un programme de recherche européen doté de plus d'un milliard de dollars (soit 879 millions d'euros au cours actuel).