Neurones Tm disposés de manière répétitive dans le système visuel de la mouche des fruits : la petite section est une image préparée à l'aide d'un microscope électronique avec deux des axones mis en évidence en couleur. Crédit : Marion Silies
Le cerveau est un organe particulièrement complexe, et pas seulement chez l’humain. Même le cerveau d'une mouche contient plus de 100 000 neurones reliés par des millions de synapses. Pour la première fois, une communauté internationale de chercheurs a reconstruit et publié tous les neurones avec leurs connexions synaptiques correspondantes dans le cerveau d'une mouche des fruits femelle adulte, Drosophila melanogaster.
L'équipe du professeur Marion Silies de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) a apporté une contribution importante à cette recherche en analysant les neurones des lobes optiques, c'est-à-dire les parties du cerveau qui traitent les informations visuelles. À leur grande surprise, les chercheurs ont découvert qu’un type spécifique de neurone dans l’œil de la mouche des fruits n’est pas câblé de manière homogène.
“Cela remet en question notre compréhension actuelle de la manière dont l'œil est organisé”, a déclaré le neurobiologiste Silies au vu de ces résultats.
L'ouvrage est publié dans la revue Communications naturelles.
Le Consortium FlyWire construit le premier connectome cérébral complet pour la drosophile
Dirigé par une équipe de chercheurs de l'Université de Princeton et avec l'aide de l'intelligence artificielle, le Consortium FlyWire a pu cartographier l'intégralité du connectome du cerveau de Drosophila melanogaster. Le terme « connectome » est utilisé pour désigner tous les neurones et les connexions synaptiques entre eux, qui jouent un rôle important dans la fonction neuronale.
Des centaines de chercheurs du monde entier ont fourni les informations correspondantes. Le résultat est un schéma de câblage neuronal de plus de 130 000 cellules nerveuses et 50 millions de synapses produit en préparant d’abord des images au microscope électronique de sections ultra-minces de tissu cérébral, puis en combinant les images, en traçant les neurones et en annotant les identités des types de cellules.
Mappage de toutes les entrées présynaptiques sur Tm9 dans FlyWire. Crédit: Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-45971-z
“Cet ensemble de données est unique et va révolutionner tout le domaine de la neurobiologie”, a déclaré le professeur Silies. “Grâce à ces informations, nous pouvons désormais mieux analyser le fonctionnement du cerveau.”
L'équipe de Silies de l'Institut de biologie du développement et de neurobiologie (IDN) de l'Université de Mayence est spécialisée dans la recherche sur les systèmes visuels et a ainsi contribué au succès du projet FlyWire tout en découvrant de nouveaux aspects de la manière dont les informations visuelles sont traitées.
Au cœur de leur découverte se trouvent certains types de cellules transmédullaires situées seulement deux synapses derrière les photorécepteurs dans les quelque 800 unités individuelles de l’œil composé de la mouche des fruits. “Les systèmes visuels ont une structure homogène, que l'on pensait s'étendre également au niveau du câblage synaptique”, a expliqué Silies. On pensait que le principe du câblage homogène de l’œil s’appliquait aussi bien à la Drosophila melanogaster qu’aux humains.
Après tout, cela aurait du sens, car l’environnement devrait être perçu et traité de la même manière dans différentes régions de l’œil.
Les neurones ne sont pas câblés de manière aussi homogène qu’on le pensait
“Nous avons déterminé maintenant que certains neurones, par exemple du type de cellules transmédullaires Tm9, ont une connectivité hétérogène plutôt qu'un câblage homogène”, a déclaré l'équipe. Des observations antérieures ont montré que ces cellules ne réagissent pas toujours de manière identique à un stimulus spécifique. L'équipe de Silies propose désormais une explication possible à ce phénomène.
Une cellule Tm9 isolée (à gauche) et avec tous ses neurones présynaptiques, reconstruite à l'aide de FlyWire.ai (à droite). Crédit : Marion Silies
“Il semble que l'œil de la mouche traite les entrées visuelles différemment à différents points de l'espace”, a expliqué l'auteur. Pour vérifier que leurs découvertes dans le cas des cellules Tm9 ne constituaient pas une caractéristique inhabituelle présente chez une seule mouche des fruits femelle, le groupe a produit des images supplémentaires en microscopie optique d'échantillons provenant d'autres mouches des fruits, fournissant des preuves corroborantes.
“La prochaine étape consiste à découvrir s'il existe un modèle spécifique sous-jacent à cette variabilité ou s'il s'agit simplement d'un événement aléatoire”, a déclaré le professeur Marion Silies, décrivant les recherches futures.
Pour Silies, ce travail pose la question de savoir pourquoi il existe cette hétérogénéité dans le système visuel de la mouche. S'agit-il d'une sorte d'effet secondaire fortuit ou la variabilité est-elle nécessaire à un traitement visuel robuste ?
Son groupe continuera à explorer cette question fondamentale avec l'aide de l'unité de recherche RobustCircuit, qui comprend d'autres chercheurs de l'Université de Mayence ainsi que des collègues de la Freie Universität Berlin, de la Humboldt-Universität zu Berlin et du Zuse Institute Berlin (ZIB).
Plus d'information:
Jacqueline Cornean et al, Hétérogénéité de la connectivité synaptique dans le système visuel de la mouche, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-45971-z
Fourni par l'Université Johannes Gutenberg de Mayence
Citation: Les neurones du système visuel des mouches présentent un câblage étonnamment hétérogène, selon l'analyse du connectome (3 juin 2024) récupéré le 3 juin 2024 sur
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