Cet atlas du cerveau humain « EBRAINS » qui vient d’être présenté dans la prestigieuse revue Science est le résultat de l’analyse au niveau cellulaire de pas moins de 250 zones cérébrales structurellement distinctes, chacune basée sur l'analyse de 10 cerveaux. L’atlas qui rassemble aujourd’hui plus de 24.000 coupes cérébrales numérisées, assemblées en 3D et cartographiées par les experts, va permettre de faire un lien « spatial » entre les différentes données disponibles d’études sur le cerveau.
L’atlas permet en effet de « consulter » l'architecture des cellules nerveuses au sein d’une zone cérébrale précise mais aussi à la frontière entre 2 zones (voir ligne pointillée sur visuel). C’est donc une interface unique pour mieux comprendre, au niveau cellulaire, l’organisation spatiale de notre cerveau.
Une formidable contribution au Human Brain Project
On sait que le cerveau humain n'est pas structuré de manière uniforme, mais divisé en zones clairement distinctes. Ces zones diffèrent notamment dans la distribution et la densité des cellules nerveuses et dans leurs fonctions. L’équipe menée par Katrin Amunts, professeur à l'université de Düsseldorf, réussit ici une cartographie numérique complète de l'architecture cellulaire qu’elle met à disposition de la communauté des chercheurs, via l'infrastructure de recherche EBRAINS. Cet atlas est issu de l'analyse d'images et du développement d’algorithmes mathématiques pour évaluer les coupes de tissulaires qui représentent au total une longueur de près de 2. 000 mètres.
Quel usage ? Cette formidable contribution au Human Brain Project (HBP) issu de plus d'un quart de siècle de recherche de dizaines d'experts, va faciliter l’interprétation des résultats des études de neuroimagerie et constituer une « sorte de « Google Earth » du cerveau » explique le chercheur. Cette reconstitution au niveau cellulaire est en effet la meilleure feuille de route pour recouper des données sur des facettes très différentes du cerveau. En effet, la cartographie montre que les zones varient d'un cerveau à l'autre, en termes de taille et d'emplacement. La cartographie du nom de « Julich-Brain » affiche donc la position et la forme des régions individuelles sous forme de « cartes de probabilité ». A titre d’exemple, de grandes différences ont été identifiées d’un individu à un autre dans la zone impliquée dans le langage, mais très peu dans « la zone visuelle ». Il est clair que l’atlas permettra de mieux analyser les spécificités cérébrales liées aux troubles mentaux et neurologiques.
Relier différents types de données : L'atlas permet déjà de relier des données d’expression génique, de connectivité et d'activité fonctionnelle, par exemple, ce qui permet de mieux comprendre les fonctions cérébrales mais aussi les mécanismes associés au développement de maladies cérébrales.
EBRAINS constitue également une base pour développer l'intelligence artificielle permettant d’explorer la répartition du travail et les interactions entre les différentes zones cérébrales. Les énormes quantités de données générées à partir de celles-ci sont traitées à l'aide de la plate-forme informatique EBRAINS et avec l’aide du nouveau réseau européen de calcul intensif FENIX, constitué à partir de 5 grands centres de calcul haute performance.
Cet exemple issu de la combinaison de la recherche sur le cerveau et des technologies numériques va permettre de progresser considérablement dans notre compréhension de l'organisation complexe du cerveau.
Source: Science 30 Jul 2020 DOI: 10.1126/science.abb4588 Julich-Brain: A 3D probabilistic atlas of the human brain’s cytoarchitecture
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