53. NEUROSCIENCE – ELECTROPHYSIOLOGIE.

Le cœur de l'Atlas du cerveau humain d'Ebrains.

Résumé : Un nouvel atlas du cerveau humain comprend 250 zones structurellement distinctes, chacune basée sur l'analyse de dix cerveaux. Plus de 2400 sections de cerveau ont été numérisées et assemblées en 3D pour créer la nouvelle carte.

Source : Projet sur le cerveau humain

L'atlas comprend près de 250 zones structurellement distinctes, chacune basée sur l'analyse de 10 cerveaux. Plus de 24000 coupes cérébrales extrêmement fines ont été numérisées, assemblées en 3D et cartographiées par des experts. Dans le cadre de la nouvelle infrastructure EBRAINS du projet européen sur le cerveau humain, l'atlas sert d'interface pour relier différentes informations sur le cerveau d'une manière spatialement précise. Des chercheurs allemands dirigés par le professeur Katrin Amunts ont maintenant présenté le nouvel atlas du cerveau dans la célèbre revue Science.

Au microscope, on peut voir que le cerveau humain n'est pas uniformément structuré, mais divisé en zones clairement distinguables. Ils diffèrent dans la distribution et la densité des cellules nerveuses et dans la fonction. Avec le Julich-Brain, les chercheurs dirigés par Katrin Amunts présentent désormais la carte numérique la plus complète de l'architecture cellulaire et la rendent disponible dans le monde entier via l'infrastructure de recherche EBRAINS.
« D'une part, l'atlas numérique du cerveau aidera à interpréter de manière plus précise les résultats des études de neuroimagerie, par exemple des patients », explique Katrin Amunts, directrice du centre de recherche allemand Juelich et professeur à l'université de Düsseldorf. « D'un autre côté, il devient la base d'une sorte de « Google Earth » du cerveau - parce que le niveau cellulaire est la meilleure interface pour relier des données sur des facettes très différentes du cerveau ».

Un Google Earth du cerveau

De cette manière, les chercheurs apportent une contribution significative au Human Brain Project (HBP), pour lequel la Commission européenne vient d'approuver 150 millions d'euros jusqu'en 2023. « Avec de nombreux partenaires de ce projet, nous construisons EBRAINS comme un nouveau high -infrastructure de recherche technologique pour les neurosciences », déclare Amunts, qui est également le directeur de la recherche scientifique du projet.
Plus d'un quart de siècle de recherche a été consacré à l'atlas 3D. Des dizaines d'experts ont utilisé l'analyse d'images et des algorithmes mathématiques pour évaluer les coupes de tissus au fil des ans et déterminer les limites entre les zones cérébrales, qui représentent ensemble une longueur de près de 2000 mètres.

Les régions varient dans leur différence

La cartographie a montré que les zones varient d'un cerveau à l'autre, par exemple en termes de taille et d'emplacement. Le Julich-Brain affiche donc la position et la forme des régions individuelles sous forme de « cartes de probabilité ». Les chercheurs ont trouvé des différences particulièrement importantes dans la région de Broca, impliquée dans la langue. En revanche, la zone visuelle principale est apparue beaucoup plus uniforme.

L'architecture des cellules nerveuses change à la frontière entre deux zones (ligne pointillée). C'est la base de la cartographie. Les zones du cerveau étudiées sont transférées dans le Julich-Brain Atlas et superposées. Étant donné que les zones entre les différents cerveaux varient, des cartes de probabilité sont calculées (hémisphère droit du cerveau; le rouge signifie une probabilité élevée et donc une faible variabilité). L'hémisphère gauche du cerveau montre la carte des probabilités maximales pour la représentation simultanée de plusieurs zones cérébrales. L'image est créditée au Forschungszentrum Juelich / Katrin Amunts.

Dans le cadre d'EBRAINS, le Julich Brain Atlas est le point de départ pour réunir structure et fonction. L'atlas aide déjà à relier les données sur l'expression génique, la connectivité et l'activité fonctionnelle, par exemple, pour mieux comprendre les fonctions cérébrales et les mécanismes des maladies. « EBRAINS nous permet également d'utiliser les cartes pour des simulations ou d'appliquer l'intelligence artificielle pour explorer la division du travail entre les zones cérébrales. Les énormes quantités de données générées à partir de cela sont traitées à l'aide de la plate-forme informatique EBRAINS. » La puissance de calcul provient du nouveau réseau européen de calcul intensif FENIX, qui est formé de cinq grands centres de calcul haute performance, dont le Julich Supercomputing Center (JSC).

Science numérique du cerveau

« Il est passionnant de voir à quel point la combinaison de la recherche sur le cerveau et des technologies numériques a progressé », déclare Amunts. « Beaucoup de ces développements convergent dans le Julich-Brain-Atlas et sur EBRAINS ». Ils nous aident - et de plus en plus de chercheurs dans le monde - à mieux comprendre l'organisation complexe du cerveau et à découvrir ensemble comment les choses sont connectées.