Des scientifiques ont avancé une nouvelle théorie du développement cérébral.

Votre cerveau se forme à partir d’une seule cellule. Au final, il abritera un réseau incroyablement complexe et puissant d’environ 170 milliards de cellules. Comment s’organise-t-il au fil de son développement ? Des neuroscientifiques du Cold Spring Harbor Laboratory ont trouvé une réponse étonnamment simple qui pourrait avoir des implications considérables pour la biologie et l’intelligence artificielle. 

Stan Kerstjens, postdoctorant au sein du laboratoire du professeur Anthony Zador, aborde la question sous l’angle de l’information positionnelle. « La seule chose qu’une cellule « voit », c’est elle-même et ses voisines », explique-t-il. « Mais son destin dépend de son emplacement. Une cellule mal placée se différencie et le cerveau ne se développe pas correctement. Ainsi, chaque cellule doit répondre à deux questions : Où suis-je ? Et quelle est ma destinée ? » 

Dans une étude publiée dans  Neuron , Kerstjens, Zador et leurs collègues de l’Université Harvard et de l’ETH Zurich ont avancé une nouvelle théorie sur la façon dont le cerveau s’organise au cours du développement. 

Pendant longtemps, les chercheurs ont pensé que les cellules échangeaient des informations de position principalement par signalisation chimique. Ce mécanisme fonctionne bien lorsqu’il s’agit de quelques cellules seulement, explique Kerstjens. Mais le cerveau n’est pas constitué de quelques cellules. Il est composé de milliards de neurones, chacun devant se positionner précisément au bon endroit. Les signaux chimiques ont une portée limitée et s’atténuent avec le temps. Alors, comment les cellules situées au cœur d’un cerveau en développement « savent-elles » automatiquement où elles se trouvent ? 

La réponse, selon Kerstjens, est très concrète. « Prenons l’exemple de la répartition des populations humaines à travers un pays au fil des générations », explique-t-il. « Les descendants s’installent près de leurs parents, de sorte que les personnes ayant une ascendance commune se retrouvent dans des régions voisines, créant ainsi des structures géographiques à grande échelle sans communication à longue distance. Nous pensons qu’un principe similaire est à l’œuvre dans le développement du cerveau. Les cellules issues d’un même progéniteur ont tendance à rester proches les unes des autres. » 

Pour tester cette théorie, Kerstjens et ses collègues ont élaboré ce qu’ils appellent un « modèle de lignée d’information positionnelle évolutive ». Ils ont commencé par des calculs théoriques. Ils ont ensuite testé leur hypothèse à grande échelle en étudiant l’expression génique individuelle et collective dans le cerveau de souris en développement. Enfin, ils ont confirmé leurs résultats chez le poisson-zèbre, démontrant ainsi que le modèle est applicable à des cerveaux de tailles différentes. 

Selon Kerstjens, ce modèle confirme l’hypothèse selon laquelle la signalisation chimique, associée à un mécanisme de lignage, transmet des informations de position. Bien que ses travaux portent sur le cerveau, cette théorie pourrait s’appliquer à de nombreux autres tissus en développement, y compris les tumeurs. Elle pourrait même avoir des implications pour les modèles d’IA autoréplicatifs qui transmettent l’information d’une génération à l’autre, à l’instar de nos propres cellules cérébrales. 

Plus important encore, montrer comment une simple cellule se développe en un organe complexe pourrait aider les scientifiques à résoudre des mystères fondamentaux de l’esprit. 

Source : news-medical.net