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Il y a une vidéo qui est montrée dans presque tous les cours d’introduction aux neurosciences. Cela ne ressemble pas à grand-chose – une barre de lumière se déplaçant et tournant sur un écran noir tandis que l’audio de fond apparaît et crépite comme le son d’un feu d’artifice lointain. Des trucs secs, jusqu’à ce que vous appreniez que les pops représentent le déclenchement d’un seul neurone dans le cerveau d’un chat, qui regarde la barre bouger sur l’écran. Lorsque la barre atteint un endroit spécifique et se trouve à un angle particulier, le popping explose dans une grande finale d’activité frénétique. Le message est clair : ce neurone se soucie vraiment, vraiment de cette barre.
L’expérience présentée dans la vidéo a été réalisée par David Hubel et Torsten Wiesel dans les années 1960 et a aidé les scientifiques à déduire des principes de base sur le fonctionnement du système visuel. Depuis des décennies, les neuroscientifiques ont collé de fines électrodes métalliques dans le cerveau de souris, de pinsons et de singes pour espionner des neurones individuels et comprendre ce qui les déclenche. Il y a des neurones qui réagissent à des couleurs ou des formes spécifiques ; ou à des endroits particuliers dans l’espace ou dans la direction de la tête ; ou à des visages entiers ou à des traits individuels.
Un moteur aussi puissant que l’analyse unicellulaire s’est avéré, « Tout le monde a toujours voulu plus de neurones », explique Anne Churchland, professeur de neurobiologie à l’Université de Californie à Los Angeles. Une partie de la raison était de simples statistiques : plus d’observations sont toujours meilleures, quelle que soit l’expérience. Mais les scientifiques se sont également heurtés à des murs analytiques lorsqu’ils ont examiné les neurones un par un. Dans le cortex préfrontal, la région à l’avant du cerveau qui joue un rôle majeur dans la planification, la prise de décision et le comportement social, les neurones réagissent à une telle diversité de choses – caractéristiques visuelles, tâches, décisions – que les chercheurs ont été incapables de leur attribuer un rôle particulier, au moins individuellement. Même dans le cortex visuel primaire, la zone située loin à l’arrière du cerveau où Hubel et Wiesel ont effectué leurs enregistrements, seule une fraction des neurones se déclenche réellement lorsque l’animal regarde des barres orientées.
Avec les techniques de Hubel et Wiesel, il était impossible de regarder plus d’une poignée de neurones à la fois. Mais les ingénieurs ont poussé et poussé cette capacité, aboutissant au développement des sondes Neuropixels en 2017. Longue d’un centimètre et faite de silicium, une seule sonde peut écouter des centaines de neurones à la fois et est suffisamment petite pour que les neuroscientifiques puissent en enfoncer plusieurs. le cerveau d’un animal. À l’Allen Institute, un institut de recherche à but non lucratif lancé par le cofondateur de Microsoft, Paul Allen, ils ont utilisé six sondes Neuropixels pour enregistrer simultanément à partir de huit régions différentes du système visuel de la souris. En août, l’institut a publié les données de 81 souris, comprenant l’activité d’environ 300 000 neurones. Les données sont librement accessibles à tous les chercheurs qui souhaiteraient les utiliser.
En tant que plus grand ensemble de données de ce type jamais collecté – trois fois plus grand que le précédent détenteur du record – la publication permet aux chercheurs d’observer d’énormes groupes de neurones agissant de concert. Cette échelle sans précédent peut ouvrir des opportunités pour comprendre des parties de la cognition qui ont auparavant échappé à la compréhension de la communauté scientifique. « Nous voulons comprendre comment nous pensons, voyons et prenons des décisions », explique Shawn Olsen, chercheur à l’Institut Allen qui a joué un rôle central dans le projet. « Et cela ne se produit tout simplement pas au niveau des neurones uniques. »
Le défi consiste maintenant à trouver comment analyser toutes ces données. Les ensembles de données gargantuesques ne sont pas faciles à gérer ; même les partager et les télécharger peut être difficile. Mais aussi délicate que l’analyse puisse s’avérer, travailler avec de tels ensembles de données en vaut la peine pour de nombreux chercheurs, car cela leur permet d’étudier le cerveau selon ses propres termes.
Pour Hubel et Wiesel, le cerveau ressemblait à une chaîne de montage : des groupes de neurones, chacun spécialisé pour un rôle spécifique, divisant et conquérant chaque tâche. Montrez à quelqu’un un ballon rouge, et les neurones sensibles au rouge et aux cercles répondront indépendamment. Mais cette approche n’a jamais vraiment adapté le fonctionnement réel du cerveau – il est si densément câblé qu’aucun neurone n’agit jamais isolément. « Le cerveau ne regarde pas un neurone à la fois », explique Stefano Fusi, professeur de neurosciences à l’Université de Columbia. « Les neurones, ils regardent des milliers d’autres neurones. Nous devrions donc adopter le même point de vue.