Une équipe internationale menée par Harvard Medical School et l’Université de Princeton a publié, le 8 juin, la première carte complète du système nerveux central d’une mouche adulte. Ce connectome intègre le cerveau et le cordon nerveux, révélant que les mouvements complexes sont gérés par des circuits locaux plutôt que par un centre de commande centralisé.
L’annonce marque un tournant dans la neurobiologie. Jusqu’à présent, les chercheurs travaillaient sur des fragments du système nerveux. En reliant le cerveau au cordon nerveux — l’équivalent de la moelle épinière chez les vertébrés — les scientifiques peuvent désormais suivre le flux d’informations de la sensation à l’action sur l’ensemble de l’organisme.
L’unification du cerveau et du cordon nerveux
Le projet s’appuie sur une étape franchie en 2024, année où le consortium FlyWire a publié le connectome du cerveau seul. Cependant, comme le rapporte ScienceDaily, l’ajout du cordon nerveux change radicalement la perspective. Ce dernier contrôle les pattes, les ailes et d’autres appendices tout en traitant les informations sensorielles.
"Nous pouvons voir tous les neurones et leurs connexions comme une unité complète pour la première fois et nous demander : ‘Qu’apprenons-nous de cela ?
L’enjeu était de combler le fossé entre l’organe de traitement central et les centres d’exécution. Sans ce pont, comprendre comment une impulsion cérébrale devient un battement d’aile restait une conjecture.
Wei-Chung Allen Lee, professeur associé de neurobiologie à HMS, souligne l’importance d’une vision holistique pour analyser le comportement. Pour lui, un connectome du système nerveux central aussi complet que possible est indispensable pour lier le cerveau au corps.
La découverte d’un contrôle moteur décentralisé
L’analyse de cette carte a révélé une surprise biologique : la mouche ne fonctionne pas selon un modèle de commande strictement pyramidale. Contrairement à l’idée d’un centre de commande unique dans le cerveau, Scientific Frontline explique que de nombreux comportements sont dirigés par des circuits neuronaux locaux situés directement dans les parties du corps concernées.
Le contrôle moteur est donc distribué. Des actions comme la marche sont gérées principalement par des modules locaux dans les appendices qui communiquent entre eux, réduisant la dépendance directe envers le cerveau pour chaque micro-ajustement.
Cette architecture suggère que le cerveau agit davantage comme un superviseur de haut niveau que comme un pilote manipulant chaque levier en temps réel.
De 302 neurones à 139 225 : l’échelle du projet
Pour comprendre l’ampleur de l’effort, il faut regarder en arrière. En 1982, les scientifiques avaient cartographié le connectome du ver C. elegans, qui ne possède que 302 neurones. Ce saut vers la mouche adulte, dont le cerveau contient 139 225 neurones, représente une complexité exponentielle.
Le projet a mobilisé des centaines de chercheurs et même des citoyens scientifiques. Selon 동아사이언스, des bénévoles à travers l’Asie, l’Amérique latine et l’Europe ont passé des centaines d’heures à tracer manuellement la morphologie et la connectivité des neurones.
"Ils disent que c’est amusant. Et ils sont fiers de faire partie d’un projet important qui vise à cartographier chaque neurone du cerveau.
Le processus technique a nécessité des milliers de coupes microscopiques d’une seule mouche, imagées à haute résolution via microscopie électronique. L’intelligence artificielle a ensuite été utilisée pour aligner et assembler ces images en une carte spatiale 3D cohérente.
Pourquoi la mouche est un miroir pour l’humain
L’intérêt de cartographier un insecte ne s’arrête pas à la curiosité biologique. La mouche Drosophila melanogaster partage environ 60 % de ses gènes avec l’être humain. Plus frappant encore, environ 75 % des maladies génétiques humaines se manifestent également chez la mouche.
En comprenant comment des circuits simples produisent des comportements complexes comme l’apprentissage ou l’interaction sociale, les chercheurs espèrent identifier des règles universelles régissant tous les systèmes nerveux.
L’infrastructure financière de cette percée repose sur des fonds fédéraux américains, notamment l’initiative BRAIN, les National Institutes of Health (NIH) et la National Science Foundation (NSF).
Vers une intelligence artificielle bio-inspirée
L’impact de ce travail dépasse la biologie pour toucher la robotique et l’informatique. Ce connectome open-source sert désormais de schéma pour concevoir des agents robotiques plus sophistiqués, capables de naviguer dans des environnements complexes en imitant la décentralisation neuronale de la mouche.
Les prochaines étapes sont déjà tracées. Les chercheurs prévoient d’intégrer la cartographie de la communication par neuropeptides et d’appliquer ces méthodologies à des mammifères plus complexes, comme la souris.
L’objectif ultime reste la compréhension du flux d’information. Comme l’a noté Helen Yang, chercheuse en neurobiologie au Wilson Lab, tant que le cerveau et le cordon nerveux n’étaient pas reliés, il était difficile de comprendre comment l’information circulait réellement entre les deux. Désormais, le blueprint est disponible.
Find more reporting in our Technologie et science section.