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Permettre la reconstruction numérique rapide d’aires cérébrales entières à partir d’un nombre relativement faible de cellules de référence
L’algorithme TNS guidé par l’architecture topologique des dendrites génère des morphologies réalistes pour un grand nombre de types de cellules neuronales corticales distinctes avec des propriétés morphologiques et électriques réalistes. Il a ainsi été possible de reconstruire rapidement et numériquement des aires cérébrales entières à partir d’un nombre relativement faible de cellules de référence, ce qui a permis d’étudier les liens entre les morphologies neuronales et les fonctions cérébrales à différentes échelles spatio-temporelles et de remédier aux reconstructions biologiques insuffisantes. Une validation en plusieurs étapes, documentée dans l’article, garantit que les cellules synthétisées reproduisent les formes des neurones reconstruits par rapport à trois modalités: 1. Leurs caractéristiques morphologiques, 2. L’activité électrique des cellules uniques et, 3. La connectivité du réseau qu’elles forment.
Lida Kanari explique: «Les résultats permettent déjà à Blue Brain de réaliser des reconstructions et des simulations biologiquement détaillées du cerveau de la souris, en reconstruisant par calcul les aires cérébrales pour des simulations qui reproduisent les propriétés anatomiques des morphologies neuronales et incluent l’anatomie spécifique à une aire. Nous abordons l’un des problèmes fondamentaux des neurosciences, c’est-à-dire la rareté des reconstructions neuronales expérimentales, puisque la synthèse topologique n’a besoin que de quelques exemples pour générer un grand nombre de cellules uniques. En utilisant l’algorithme TNS, nous pouvons synthétiser efficacement des millions de morphologies neuronales uniques, 10 millions de cellules en quelques heures», conclut-elle
Faciliter les applications médicale
«Des modèles de neurones complets sont essentiels pour définir les types de cellules, discerner leurs rôles fonctionnels et étudier les altérations structurelles associées aux états pathologiques du cerveau», affirme le fondateur et directeur de Blue Brain, Henry Markram. «Les chercheuses et chercheurs ont synthétisé des réseaux corticaux à partir des altérations structurelles des dendrites associées à des maladies et ont révélé des principes reliant les propriétés de ramification à la structure des réseaux à grande échelle.»
«L’algorithme TNS étant mis en œuvre dans un logiciel open source, il permettra de modéliser les maladies du cerveau en termes de cellules uniques et de réseaux, car il fournit un outil pour étudier directement le lien entre les propriétés morphologiques locales et la connectivité du réseau neuronal qu’elles forment. Cette approche est particulièrement intéressante pour les applications médicales car elle permet d’étudier les maladies en termes d’émergence d’une pathologie globale du réseau à partir de changements structurels locaux dans la morphologie des neurones», conclut-il.
Source EPFL, article de Kate Mullins.