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Lundi, 15 septembre 2014
Des synapses microscopiques et des microscopes gigantesques

Il existe de plus en plus de cours en ligne donnés gratuitement par de prestigieuses universités, notamment sur divers aspects des sciences cognitives. C’est le cas du cours « The fundamentals of neuroscience » de l’université Harvard qui vient de débuter ce mois-ci (voir le premier lien ci-bas). Ce cours s’accompagne de divers compléments multimédias dont un excellent petit documentaire de 30 minutes intitulé « Connectomics: Big Microscopes & Tiny Synapses » (deuxième lien ci-bas). Il expose la démarche du laboratoire de Jeff Lichtman qui, à partir de véritables cerveaux, tente d’établir la carte de ses connexions nerveuses, les fameuses synapses.

Ça a l’air pas trop compliqué dit comme ça, mais si, comme le précise Lichtman, on rappelle qu’il y a environ autant de synapses dans le cerveau humain que d’information numérique sur la planète actuellement en 2014, on comprend le petit sourire en coin du chercheur quand il dit : « voilà le problème » ! Comme il l’expose autrement un peu plus loin, il y a une synapse environ dans chaque trois-quarts de micron cubique du cerveau, et donc dans un grain de sel de, par exemple, 400 microns par 400 microns par 400 microns, il y aurait plus de 64 millions de synapses ! Et on peut rentrer beaucoup, beaucoup de grains de sel de cette taille dans un cerveau humain…

On comprend ainsi mieux l’enthousiasme contagieux de Lichtman et surtout celui de son collègue Bobby Kasthuri quand ils nous expliquent leur approche à partir de reconstruction 3D d’images 2D prises au microscope électronique à une résolution capable de montrer dans le détail la complexité de ces zones de contact entre les neurones. Et surtout, on se surprend à être nerveux avec eux quand ils transportent vers leur labo un nouveau microscope électronique à 61 faisceaux au lieu d’un seul: une machine 61 fois plus puissante et rapide que ce qu’ils avaient avant.

Car Licthtman insiste sur le fait que c’est en s’immergeant littéralement dans cette complexité que l’on pourra comprendre le « kluge » (en québécois, on dirait la « patente à gosse »…) incroyablement complexe qu’a produit l’évolution bricoleuse (qui garde tout ce qui fonctionne) dans le cerveau humain. Une démarche que l’on commence à appeler « connectomics » en anglais et qui est similaire à celle d’un Sebastian Seung et son projet « Eye Wire » dont on a déjà parlé ici.

Lichtman rappelle en outre que les scientifiques de sa génération ont vécu à une époque de grandes idées théoriques qui ont pu foisonner parce qu’il y avait peu de données accessibles sur le cerveau. Ce n’est que dans un deuxième temps que l’on cherchait des indices empiriques pour confirmer ces grandes théories. Mais aujourd’hui, à l’heure des « big data » rendues possibles par les ordinateurs et les mastodontes à 61 faisceaux, c’est l’inférence qui redevient selon Lichtman l’approche la plus prometteuse.

Un peu comme Darwin, rappelle-t-il, qui s’est immergé pendant des années dans la diversité des formes vivantes avant de pouvoir imaginer ses idées sur l’évolution par sélection naturelle. Et le scientifique de conclure sur une note « optimiste » en rappelant que les vieux scientifiques comme lui vont finir par mourir et que ce sont les jeunes qui vont baigner dans cet univers foisonnant de données, qui en seront imprégnés sans idées préconçues et pourront peut-être en discerner de grand principes permettant de mieux comprendre cette complexité qui se cache derrière celle des comportements humains.

i_lien The fundamentals of neuroscience
i_lien Connectomics: Big Microscopes & Tiny Synapses

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