Nos neurones sont distribués selon un modèle mathématique fondamental

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Cellules souches embryonnaires de ouistiti formant des neurones. Crédits : Scott Vermilyea, Scott Guthrie, Ted Golos, Marina Emborg

Chez les humains et chez plusieurs autres mammifères, les neurones sont distribués selon un modèle mathématique bien spécifique. Cette découverte pourrait aider les chercheurs à créer de meilleurs modèles informatiques du cerveau à l’avenir. 

La densité neuronale à l’étude

Les neurones sont les cellules de base du système nerveux. Ils forment un réseau complexe qui traite les informations, régule les fonctions corporelles et soutient la pensée, l’apprentissage, la mémoire, les émotions et la perception sensorielle. Malgré leur importance, la densité de leur distribution dans différentes régions du cerveau et même au sein de ces régions fait encore l’objet de recherches. Or, la compréhension de ces variations peut avoir des implications significatives pour la neuroscience.

Dans le cadre de nouveaux travaux, des chercheurs de l’institut scientifique allemand Forschungszentrum Jülich et de l’Université Harvard ont tenté de combler ces lacunes en combinant les données précédemment collectées sur des souris, des ouistitis, des macaques, des galagos (de petits primates nocturnes), des singes-hiboux, des babouins et des humains.

Une distribution lognormale des neurones

En examinant toutes ces données, l’équipe s’est aperçue que les neurones étaient répartis selon un schéma commun chez tous ces mammifères au sein de différentes régions corticales. Plus précisément, au sein de différentes régions corticales, leur densité pouvait être décrite avec une distribution lognormale. Il s’agit d’une distribution de probabilité continue souvent utilisée pour modéliser des variables positives avec une asymétrie positive, ce qui signifie qu’elle est étirée vers la droite. Autrement dit, elle décrit des données où les valeurs plus basses sont plus probables que les valeurs plus élevées, mais avec une queue de distribution étirée vers les valeurs élevées.

Sur un graphique, une distribution lognormale serait donc asymétrique d’un côté avec une longue queue se rétrécissant vers la droite. Selon les auteurs, cela signifie qu’il existe de nombreuses régions avec des densités neuronales moyennes, tandis que certaines ont une densité beaucoup plus élevée. Ces dernières peuvent donc être importantes, car elles représentent des écarts rares, mais importants par rapport à la norme.

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Ce graphique montre les distributions lognormales asymétriques à droite de la densité neuronale dans le cortex des mammifères. Crédits : Morales-Gregorio et coll.

« Cette distribution nous permet d’examiner cela de manière statistique et pourrait aider à trouver la relation entre les densités neuronales et la connectivité dans le cerveau« , note le Dr Aitor Morales-Gregorio, coauteur de ces travaux.

Les scientifiques cherchent à présent à déterminer la manière dont ce modèle de distribution affecte la façon dont les neurones communiquent entre eux. Il serait notamment intéressant de savoir si des perturbations dans ce modèle pourraient ou non entraîner des problèmes neurologiques.

Les détails de l’étude sont rapportés dans la revue Cerebral Cortex.