Des scientifiques percent les mystères de l'organisation cérébrale
Des chercheurs britanniques et allemands ont jeté une lumière nouvelle sur notre compréhension des facteurs contrôlant l'organisation et l'agencement des cerveaux. Auparavant, on pensait que pour fonctionner avec un maximum d'efficacité, un système nerveux devait être majoritairement composé de très courtes connexions fibreuses entre les cellules nerveuses. Cette théorie était basée sur l'idée que la création et le maintien de connexions neurales impliquent un important coût métabolique, qu'il convenait de réduire autant que possible. Les chercheurs ont mené des analyses informatiques pointues portant sur des études anatomiques du cerveau d'un ver nématode, le Caenorhabditis elegans, et du macaque. Leurs résultats ont été publiés dans la revue "Computational Biology" éditée par PloS (Public Library of Science). A leur grande surprise, ils ont découvert que les deux espèces possédaient un nombre étonnamment élevé de connexions longue distance, au point que si le "câblage" était optimal, sa longueur totale pourrait être réduite dans une proportion allant jusqu'à 50 pour cent. D'où une interrogation: pourquoi les systèmes nerveux de ces espèces très différentes présentent un "câblage" apparemment si peu efficace? Ils ont découvert qu'un plan de "câblage" minimal accroissait significativement la longueur moyenne des voies (en termes de nombre d'étapes de connexion) entre des points éloignés des réseaux. Selon les auteurs de l'article, le maintien d'un certain nombre de fibres longues fournit au réseau des avantages qui compensent le coût de leur entretien. Premièrement, le signal n'a pas à transiter par un nombre d'étapes aussi élevé que dans le cas de fibres courtes, où les noeuds intermédiaires peuvent introduire des signaux d'interférence. Deuxièmement, la vitesse de traitement du signal et, au final, les décisions comportementales qu'il déclenche, augmentent de manière inversement proportionnelle aux délais de transmission. Troisièmement, les connexions longue distance permettent une réception simultanée du signal par les régions tant voisines qu'éloignées, facilitant le processus d'information synchrone. Enfin, les fibres longue distance accroissent la fiabilité du système, dans la mesure où chaque noeud situé sur le trajet comporte un risque de perte totale ou partielle de l'information contenue dans le signal. Le Dr. Marcus Kaiser, de l'université de Newcastle, qui a dirigé les recherches, compare le système à un trajet ferroviaire entre Newcastle (tout au nord de l'Angleterre) et Londres. "Vous irez beaucoup plus rapidement et facilement à Londres si vous prenez un train desservant directement la capitale", a-t-il expliqué. "Si, en revanche, vous devez passer par Durham, Leeds et Stevenage, en changeant de train à chaque fois, il vous faudra plus de temps pour vous y rendre et il se peut que vous ratiez une correspondance ici ou là. Il en va de même dans le cerveau humain." "De nombreuses personnes ont émis l'idée que le cerveau était comme un ordinateur et que, pour une efficacité optimale, il devait comporter principalement des connexions courtes entre les cellules nerveuses", a ajouté le Dr Claus Hilgetag, de l'université internationale de Brême. "Nos recherches suggèrent qu'une combinaison de projections neurales de différentes longueurs est essentielle." Même si elles ne sont pas susceptibles de déboucher immédiatement sur des traitements cliniques, ces recherches pourraient, selon les scientifiques, contribuer à notre compréhension de troubles tels que la maladie d'Alzheimer et l'autisme. Les encéphalogrammes de patients atteints de ces maladies ont montré qu'il leur manquait un certain nombre de connexions neurales longue distance.
Pays
Allemagne, Royaume-Uni