Des simulations pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau
Le cerveau humain est remarquablement complexe. Bien qu’il soit constitué de 86 milliards de neurones, reliés entre eux par 150 trillions de connexions, le cerveau consomme aussi peu d’énergie que celle nécessaire à alimenter une ampoule LED classique. Mais ne vous laissez pas berner par son efficacité énergétique. «Le cerveau contient tellement d’informations que, même avec la puissance de tous les centres de données disponibles dans le monde, il serait impossible de simuler le cerveau d’une seule personne au niveau moléculaire», explique Petra Ritter, directrice de Brain Simulation Section à Charité – Universitätsmedizin Berlin. «Même si la création d’une telle simulation était physiquement possible, elle consommerait une quantité énorme d’énergie.» Avec le soutien du projet BrainModes, Petra Ritter et Brain Simulation Section ont entrepris de développer un moyen plus rationnel de simuler le cerveau. «La simulation du cerveau nous aide à comprendre son fonctionnement et à développer des thérapies personnalisées pour traiter les maladies liées au cerveau», ajoute Petra Ritter.
The virtual brain (le cerveau virtuel)
Le concept de BrainModes exploite les données d’imagerie individuelle, c’est-à-dire le type d’informations recueillies par l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomographie par émission de positons (TEP), les électroencéphalogrammes (EEG) et la magnétoencéphalographie (MEG), pour créer des copies numériques du cerveau d’une personne. «Ces modèles cérébraux informatiques personnalisés, que nous appelons cerveaux virtuels, permettent aux utilisateurs de déduire les mécanismes multi-échelles du fonctionnement du cerveau», explique Petra Ritter. Par exemple, au cours du projet, les chercheurs ont démontré la manière dont les mécanismes neuronaux à plusieurs échelles peuvent être déduits à l’aide de la modélisation des réseaux cérébraux. Le projet a également étendu The Virtual Brain, une plateforme en ligne qui permet aux chercheurs en santé de facilement créer des simulations du cerveau, pour y inclure la possibilité de simuler le cerveau à différents niveaux de détail. Cet outil de co-simulation multi-échelle est désormais disponible via EBRAINS. Compte tenu du fait que ces outils de simulation utilisent les données de patients et sont hébergés dans le cloud, les chercheurs ont dû s’assurer qu’ils étaient conformes au règlement général sur la protection des données (RGPD). «En utilisant le chiffrement de bout en bout, le contrôle d’accès et le sandboxing, nous sommes non seulement conformes au RGPD, mais toutes les données chargées sont complètement sûres et protégées», souligne Petra Ritter. S’appuyant sur le composant de protection des données de BrainModes, Petra Ritter dirige actuellement le projet VirtualBrainCloud, financé par l’UE, qui a pour ambition de construire une infrastructure de recherche sécurisée dans le cloud pour des simulations complexes exploitant des données de santé.
Le Saint-Graal des neurosciences
Le projet BrainModes, qui a bénéficié d’un financement du Conseil européen de la recherche, a réussi à inférer – pour la première fois – les principes complexes du fonctionnement du cerveau à l’aide de simulations personnalisées et multi-échelles du cerveau. «La simulation du cerveau humain est le Saint Graal des neurosciences. Elle constitue un outil pionnier pour comprendre le fonctionnement de notre cerveau et la manière de traiter des troubles tels que les accidents vasculaires cérébraux et l’épilepsie ou des maladies neurodégénératives telles que les maladies d’Alzheimer et de Parkinson», explique Petra Ritter. Tous les outils et logiciels développés au cours du projet sont désormais à la disposition des autres chercheurs. «Le travail effectué par la communauté des chercheurs à l’aide des outils de simulation que nous avons construits et validés constitue l’héritage du projet», conclut Petra Ritter. «Nous espérons bientôt voir ces mêmes outils utilisés dans la pratique clinique – où ils auront un impact positif sur la santé et le bien-être des patients.»
Mots‑clés
BrainModes, neurosciences, simulations, données d’imagerie, simulations cérébrales, maladies liées au cerveau, fonction cérébrale, RGPD, accident vasculaire cérébral, épilepsie, maladie d’Alzheimer, maladie de Parkinson
