La carte du cerveau humain la plus détaillée jamais réalisée contient 3 300 types de cellules

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Crédits : CIPhotos/istock

Une équipe de chercheurs annonce la création du plus vaste et du plus précis « atlas » jamais conçu du cerveau humain. Ce remarquable ouvrage dévoile en détail la disposition et le fonctionnement interne de pas moins de 3 300 types de cellules cérébrales, dont une grande partie restait auparavant insaisissable pour la science. Cette recherche de grande envergure vient de donner lieu à 21 nouveaux articles, chacun éclairant une facette unique du cerveau humain.

Comprendre le cerveau humain

Ces avancées scientifiques remarquables ont été réalisées dans le cadre d’un projet d’envergure dirigé par le National Institutes of Health et connu sous le nom de Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative Cell Census Network (BICCN en abrégé).

Initié en 2017, ce projet massif vise à cataloguer les cellules trouvées dans le cerveau des souris, des humains et des primates non humains comme les singes. Il s’attarde sur les neurones, qui sont les unités de base du système nerveux et qui permettent la transmission d’informations à travers des signaux chimiques et électriques, mais aussi sur les cellules non neuronales qui jouent un rôle crucial dans la régulation de l’environnement cérébral.

Les cellules non neuronales comprennent les cellules gliales, qui remplissent plusieurs fonctions essentielles. Ces dernières apportent un soutien structurel en maintenant la stabilité du tissu cérébral, fournissent des nutriments aux neurones et assurent leur protection. De plus, les cellules gliales régulent le fonctionnement des neurones, notamment en modulant la transmission des signaux chimiques.

Pour rappel, le cerveau humain adulte contient environ 86 milliards de neurones et environ 84 milliards de cellules non neuronales.

Une nouvelle fenêtre

Pour ces nouveaux travaux, les chercheurs ont eu recours à deux techniques de pointe principalement utilisées dans la recherche sur les animaux jusqu’à présent : la transcriptomique et l’épigénomique.

La première consiste à créer un inventaire complet de l’ARN des cellules individuelles, l’ARN étant une molécule génétique jouant un rôle central dans la construction des protéines et l’exécution de diverses fonctions biologiques. L’épigénomique a permis quant à elle d’analyser les marques chimiques situées au-dessus de l’ADN qui modulent la façon dont les gènes sont activés ou désactivés.

Le projet a inclus des données provenant de centaines de milliers, voire de millions de cellules cérébrales, couvrant différentes phases du développement de l’enfance à l’âge adulte. Le cerveau de primates non humains, tels que les ouistitis, les macaques, les chimpanzés et les gorilles, a également fait l’objet d’études. Cette approche a facilité la comparaison directe entre les cerveaux des primates humains et non humains, révélant que bien que de nombreux types de cellules soient partagés entre les espèces, les schémas d’activité génétique varient considérablement.

En d’autres termes, la façon dont ces cellules interagissent et fonctionnent ensemble est notablement différente chez les humains par rapport aux singes, malgré certaines similitudes cellulaires de base.

« Ce n’est pas seulement un atlas« , a déclaré Ed Lein, neuroscientifique à l’Allen Institute for Brain Science. « Cela ouvre réellement un tout nouveau domaine dans lequel vous pouvez désormais observer avec une résolution cellulaire extrêmement élevée le cerveau d’espèces, ce qui n’était généralement pas possible dans le passé. »

Ce n’est qu’un début

Cette recherche novatrice contribue à une meilleure compréhension de la complexité du cerveau humain, de son développement, de ses similitudes et de ses différences avec celui d’autres primates, tout en offrant un aperçu précieux sur la façon dont il fonctionne et évolue.

Toutefois, si l’atlas du cerveau humain établi par ce projet est une avancée sans précédent, il n’en est qu’à ses prémices. Les chercheurs envisagent en effet de poursuivre leurs travaux en se penchant sur la fonction des nouvelles cellules cérébrales découvertes, dont beaucoup se trouvent en profondeur dans le cerveau, notamment dans des régions telles que le tronc cérébral.

Un objectif clé à l’avenir sera de comprendre comment l’activité génétique de ces différentes cellules peut contribuer au développement de maladies neurologiques. Cette recherche pourrait aider à éclairer les mécanismes sous-jacents de troubles cérébraux tels que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et d’autres affections, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles stratégies de traitement et de prévention.

Les détails de ces travaux sont publiés dans les revues Science, Science Advances et Science Translational Medicine.