Cette petite partie de l'organe mesure un millimètre cube mais elle regorge en réalité de détails impressionnants : elle contient environ 57 000 cellules , comme celles que nous utilisons pour penser et ressentir ; 230 millimètres de vaisseaux sanguins ; et environ 150 millions de points de connexion, appelés synapses, qui aident les cellules cérébrales à « communiquer » entre elles.
Comment le cerveau a-t-il été capturé en détail ?
Pour créer cette carte très fine et précise, l’équipe de recherche a découpé un petit morceau de tissu cérébral en 5 000 morceaux très fins et les a examinés un par un avec un microscope spécial très rapide.
Ensuite, ils ont utilisé une technique d’intelligence artificielle pour assembler ces couches très fines comme s’il s’agissait d’un puzzle numérique, en marquant chacun des détails. L’ensemble de ce processus a généré une énorme quantité d’informations, totalisant 1,4 pétaoctets.
Pour vous donner une idée, 1 pétaoctet équivaut à 1 000 téraoctets ou à un million de gigaoctets. Imaginez l'espace de stockage de plus de 3 000 disques durs d'ordinateur de 500 gigaoctets chacun. Cela montre l’énormité et la complexité des données qu’ils ont traitées, uniquement pour cartographier une infime partie du cerveau.
De nombreux autres atlas cérébraux existent, mais la plupart fournissent des données de résolution bien inférieure . À l'échelle nanométrique, les chercheurs peuvent retracer le câblage du cerveau, un neurone à la fois, jusqu'aux synapses, les endroits où ils se connectent.
"Pour vraiment comprendre comment fonctionne le cerveau humain, comment il traite les informations, comment il stocke les souvenirs, nous aurons finalement besoin d'une carte à cette résolution", explique Viren Jain, chercheur scientifique principal chez Google et co-auteur de l'article.
D’où vient un morceau de vrai cerveau ?
Pour créer cette carte cérébrale détaillée, le groupe de recherche a dû surmonter plusieurs défis. Le premier d’entre eux consistait à obtenir le tissu cérébral nécessaire à l’étude.
Étant donné que le cerveau commence à se dégrader peu après la mort, les tissus provenant de cadavres ne convenaient pas à cet objectif. C'est pour cette raison qu'ils ont décidé d'utiliser un fragment de tissu provenant d'une femme épileptique, qui a été retiré lors d'une opération visant à réduire ses convulsions.
L’échantillon en main, les chercheurs ont dû le fixer dans de la résine puis le découper en couches très fines, chacune mille fois plus fine qu’un cheveu humain. Ils ont ensuite capturé des images de ces sections à l’aide d’un microscope électronique à grande vitesse, créé spécifiquement pour cette étude.
Le prochain obstacle est venu du côté informatique. "Vous avez tous ces câbles qui circulent partout en trois dimensions, établissant toutes sortes de connexions différentes", a expliqué Jain.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de Google a utilisé un modèle d'apprentissage automatique pour reconstruire les couches coupées, les aligner correctement, coder en couleur les « fils » et détecter leurs connexions. Cette tâche s'est avérée plus compliquée que prévu. "Si vous faites une seule erreur, toutes les connexions liées à ce câble seront fausses", a déclaré Jain.
Seth Ament, neuroscientifique à l'Université du Maryland, a déclaré que c'était « aussi proche de la vérité que possible à ce stade », mais prévient qu'il s'agit d'un seul échantillon de cerveau prélevé sur un seul individu.
Où peut-on voir la carte cérébrale ?
La carte a été mise à la disposition du public gratuitement via un site Web appelé Neuroglancer , dans le but de servir d'outil que d'autres scientifiques peuvent utiliser pour mener leurs propres recherches.
« Désormais, toute personne intéressée par l’exploration du cortex cérébral humain avec ce niveau de détail a la possibilité d’accéder directement aux données. Ils peuvent examiner des structures spécifiques pour en vérifier l’exactitude, puis rapporter leurs conclusions », explique Jain.