Des scientifiques japonais affirment que diverses équipes et approches aident à découvrir la complexité du cerveau, des souvenirs cachés dans la moelle épinière au traitement des illusions d’optique. Mais ce qui est sans doute le plus important de ces travaux est la nécessité d’élargir la coopération des chercheurs en multipliant à l’image du cerveau lui-même les connexions et échanges dans le monde et entre disciplines. Le rôle de l’Asie, y compris si l’on considère l’origine des chercheurs venus des Etats-Unis comme Louis Kang n’est sans doute pas sans importance dans une telle problématique avec des synergies des milieux de la recherche, qui si elles ne peuvent pas ignorer “l’offre” des laboratoires privés ou étatiques ont tendance comme on l’a vu au moment de la transmission du génome du COVID qui a fait gagner des années de recherche à créer leur propre logique. Ce fait “social” qui par rapport au positivisme à une dimension “holiste” se retrouve dans la plupart des sciences et il fait partie intrinsèque de ce que Marx définissait comme les forces productives à un stade de leur développement. (note et traduction de Danielle Bleitrach histoireetsociete)
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Le cerveau est l’un des systèmes les plus sophistiqués connus, incarnant une complexité et une diversité remarquables. Structurellement, il abrite environ 86 milliards de neurones interconnectés par des milliards de synapses, formant les réseaux élaborés qui sous-tendent des fonctions cognitives complexes.
Sur le plan fonctionnel, le cerveau gère un vaste éventail de processus, de la perception sensorielle et du contrôle moteur au raisonnement et à la mémoire, tous issus d’interactions stratifiées.
Comprendre le cerveau nécessite une approche scientifique extrêmement variée, explique Shigeo Okabe, directeur élu du RIKEN Center for Brain Science (CBS) près de Tokyo, qui fait partie de l’institut de recherche national japonais, RIKEN.
Les chercheurs de la SCS travaillent dans plusieurs disciplines et méthodologies, de la biologie moléculaire à la modélisation informatique, en passant par la recherche comportementale et l’imagerie cérébrale humaine. CBS embauche et encourage également des professeurs juniors d’horizons très variés, ce qui, selon Okabe, porte ses fruits en découvertes scientifiques révolutionnaires.
En fait, plusieurs chercheurs ont récemment fait des percées frappantes qui remodèlent notre compréhension du rôle du système nerveux central dans le comportement d’un organisme.
Au-delà du cerveau
En 2024, Aya Takeoka, chercheuse à CBS, et son équipe ont signalé un type inhabituel de mémoire basé sur le système nerveux à l’extérieur du cerveau1. L’étude, qui a été publiée dans Science, a utilisé des souris pour identifier l’implication de deux classes distinctes de neurones – qui transmettent des signaux dans le corps et le cerveau – dans un phénomène connu sous le nom de « mémoire motrice spinale ». Il est important de noter que l’une de ces classes de neurones peut conserver des souvenirs dans la colonne vertébrale, sans le cerveau.
« C’était passionnant de découvrir que les neurones responsables de l’apprentissage dans la moelle épinière – les neurones de la corne dorsale – n’étaient pas importants une fois que les neurones de la moelle épinière ventrale avaient « appris » des informations », explique Takeoka. Ces neurones de la moelle épinière ventrale, connus sous le nom de cellules de Renshaw, se sont avérés essentiels pour se souvenir de la réponse appropriée au même stimulus sans le cerveau.
« En résumé, la moelle épinière établit » les « règles » de la façon de s’adapter à travers les cellules de la corne dorsale, mais une fois que cette relation apprise est établie, les cellules de Renshaw conservent la mémoire », dit-elle. « Comprendre le rôle fonctionnel de ces neurones distincts de la moelle épinière pourrait aider les scientifiques à développer de meilleures stratégies de réadaptation pour les troubles moteurs », ajoute-t-elle.
Dans son étude sur des souris, Takeoka a utilisé une technique connue sous le nom d’optogénétique – un moyen de contrôler les cellules avec la lumière laser – pour identifier les cellules et les neurones responsables de chaque phase d’apprentissage.
Surtout, bien que la mémoire motrice spinale se produise rapidement, Takeoka et son équipe ont pu la capturer clairement en action en mesurant l’activité nerveuse dans la moelle épinière.
« Nous sommes fiers de dire que nous sommes parmi les premiers à le faire », a déclaré M. Takeoka. « Il est fascinant de voir comment la moelle épinière, souvent considérée comme une simple station de relais, joue en fait un rôle essentiel dans les processus complexes d’apprentissage moteur. »
Perception des poissons
Fumi Kubo, neuroscientifique à la CBS, utilise un autre modèle animal pour étudier comment les entrées du système visuel sont traitées dans le cerveau.
Comme détaillé dans un article de 2020 publié dans la revue Neuron, Kubo et ses collaborateurs ont utilisé une illusion d’optique connue sous le nom de « effet secondaire de mouvement » pour isoler le petit nombre de neurones dans les larves de poisson-zèbre nécessaires au traitement du mouvement2.
L’effet secondaire du mouvement est une sensation ressentie après que le système visuel s’est adapté à regarder quelque chose qui est continuellement en mouvement. Il donne alors l’impression que les objets stationnaires se déplacent dans la direction opposée.
En exploitant l’effet secondaire du mouvement chez le poisson-zèbre, Kubo et son équipe ont appliqué l’optogénétique et l’imagerie calcique pour identifier les neurones spécifiques impliqués. L’analyse de son laboratoire a révélé que sur environ 500 neurones qui réagissent au mouvement, seul un petit sous-ensemble est nécessaire au traitement du mouvement. « Nous avons constaté qu’environ 10% de ces neurones sont essentiels à ce processus », dit-elle.
Kubo et son laboratoire espèrent maintenant identifier comment ceux-ci s’intègrent dans l’ensemble du circuit cérébral de traitement du mouvement. Mais elle dit que cela nécessitera l’utilisation de méthodes supplémentaires telles que le profilage moléculaire et la reconstruction morphologique, dont Kubo et son laboratoire ont été les pionniers3.
Ce genre d’idées, dit-elle, a été accéléré par la diversité à CBS. « De nombreux stagiaires de RIKEN viennent de l’extérieur du Japon », explique Kubo. Son laboratoire, par exemple, a accueilli des étudiants diplômés d’endroits aussi éloignés que Taïwan et le Kazakhstan. « Le fait d’avoir une équipe diversifiée nous permet d’aborder les problèmes sous plusieurs angles », dit-elle. « Cela conduit à des solutions plus créatives et à une compréhension plus riche des systèmes complexes que nous étudions. »
Centre RIKEN pour les sciences du cerveau
Bien que les neurosciences aient fait des progrès remarquables ces dernières années, chaque avancée technique jette une lumière sur le cerveau de manière fragmentée, explique Shigeo Okabe, directeur élu du RIKEN Center for Brain Science (CBS). Étant donné l’organisation hautement interconnectée du cerveau lui-même, un effort concerté, multidimensionnel et interdisciplinaire est nécessaire pour obtenir des informations.
À cette fin, la SCS rassemble des experts de renommée mondiale dans un environnement collaboratif, ce qui les met en contact avec la communauté élargie des partenaires internationaux, ainsi qu’avec les réseaux gouvernementaux et industriels.
La recherche à la CBS est axée sur trois domaines clés. Tout d’abord, la CBS étudie le fonctionnement des circuits neuronaux à travers un éventail d’espèces, des invertébrés aux humains. Deuxièmement, la CBS comble le fossé entre les neurosciences fondamentales et cliniques en mettant l’accent sur les dysfonctionnements des circuits. Troisièmement, les chercheurs de la SCS construisent de nouveaux modèles de réseaux neuronaux computationnels et l’intelligence artificielle pour comprendre et améliorer le comportement humain et la communication.
La variété des sujets de recherche – des neurosciences théoriques aux études d’IRM fonctionnelle humaine – encourage la diversité des pensées et une pollinisation croisée des idées et des techniques, explique M. Okabe. Cette diversité s’étend à ses équipes, qui comptent un grand nombre de chercheuses et de chercheurs étrangers, et le centre s’efforce de promouvoir davantage la diversité de sa communauté de chercheurs.
Louis Kang, par exemple, est un théoricien américain, qui construit des simulations de réseaux neuronaux pour mieux comprendre comment de nouveaux souvenirs se forment.
Pour Kang, qui a des diplômes d’études supérieures en physique et en médecine, cela pourrait aider à lutter contre des maladies telles que la démence. La clé, dit-il, est de garder ses simulations proches de ce qui a été observé dans le cerveau. Par conséquent, il interagit beaucoup avec les expérimentateurs de la SCS, y compris leurs résultats dans ses modèles et teste ses hypothèses avec leurs données.
M. Kang, qui s’est joint à la SCS après avoir obtenu une bourse postdoctorale à l’Université de Californie à Berkeley, dit qu’il a été attiré par le centre en raison de sa philosophie collaborative et de ses travaux diversifiés et de haute qualité, du niveau moléculaire à la neuroimagerie humaine. Aujourd’hui, il dirige l’unité Circuits neuronaux et calculs.
En fin de compte, dit Okabe, l’objectif de CBS est d’améliorer le bien-être mental et psychologique de la société. Il considère que les chercheurs en début de carrière issus de divers horizons, comme celui de Kang, sont la clé pour atteindre cet objectif.
Découvrez comment faire partie du travail révolutionnaire de CBS.
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