De nouvelles recherches montrent que lorsque les neurones reçoivent des informations sur le monde changeant qui les entoure (entrée sensorielle pertinente à la tâche), cela modifie leur façon de se comporter, les mettant dans un état d'incertitude de sorte que de minuscules entrées peuvent déclencher une « avalanche » d'activité cérébrale, soutenant une théorie appelée hypothèse critique du cerveau.

Image au microscope d'une cellule neurale avec des marqueurs fluorescents montrant différents types de cellules. Le vert marque les neurones et les axones, le violet les neurones, le rouge les dendrites et le bleu toutes les cellules. Lorsque plusieurs marqueurs sont présents, les couleurs fusionnent et apparaissent souvent jaunes ou roses selon la proportion de marqueurs. Crédit image : Cortical Labs

Des chercheurs de CorticalLabs et de l'Université de Melbourne ont utilisé DishBrain, une collection de 800 000 cellules nerveuses humaines, pour apprendre à jouer au tennis de table. La recherche a été récemment publiée dans la revue Nature Communications.

Il s'agit de la preuve la plus solide à ce jour soutenant une théorie controversée sur la façon dont le cerveau humain traite l'information. Selon l’hypothèse critique du cerveau, des comportements vastes et complexes ne sont possibles que lorsque les neurones sont dans un état limbique et que de petites entrées peuvent déclencher une « avalanche » d’activité cérébrale. Cet état finement équilibré est connu sous le nom de « neurocritique » et se situe entre deux extrêmes : l’excitation incontrôlée observée dans des maladies telles que l’épilepsie et le coma où la signalisation est bloquée.

Le Dr Brett Kagan, directeur scientifique de la startup de biotechnologie CorticalLabs, a déclaré : « Non seulement cela montre que le réseau se réorganise dans un état quasi critique lors de la réception d'informations structurées, mais qu'atteindre cet état conduit également à une meilleure performance des tâches. » Les résultats ont été surprenants et ont largement dépassé nos attentes. "

Cette étude ajoute une pièce importante au puzzle de l'hypothèse critique du cerveau.

TAGP H19ForoughHabibollahi, premier auteur de l'étude

Principaux résultats et implications

Jusqu'à présent, il existe peu de preuves expérimentales permettant de savoir si la criticité est une caractéristique générale des réseaux neuronaux biologiques ou si elle est liée à la charge d'information TAGPH27

Le Dr Kagan a déclaré : « Nos résultats montrent qu'un comportement de réseau quasi critique se produit lorsqu'un réseau neuronal exécute une tâche qui ne se produit pas lorsqu'il n'est pas stimulé. "

Cependant, les recherches du Dr Kagan montrent que la criticité seule ne suffit pas à conduire l'apprentissage du réseau neuronal. "L'apprentissage nécessite une boucle de rétroaction qui fournit au réseau des informations supplémentaires sur les conséquences d'une action", a-t-il déclaré. "

Les dernières recherches mettent en évidence le potentiel de DishBrain pour aider à percer les secrets du cerveau humain et son fonctionnement, ce qui n'est pas possible dans les modèles animaux.

Le premier auteur, le Dr Forough Habibollahi, a déclaré : « Habituellement, pour étudier le cerveau, en particulier à l'échelle neuronale, les chercheurs doivent utiliser des modèles animaux, mais cela présente de nombreuses difficultés et le nombre de sujets d'étude est limité, alors quand j'ai vu que DishBrain était capable de répondre à différents types de questions d'une manière que d'autres ne pourraient pas.

Les médecins voient également un grand potentiel dans cette recherche pour aider à découvrir des traitements pour des maladies cérébrales graves

« Le projet DishBrain Pivotal a été une expérience de collaboration incroyable entre les laboratoires corticaux, le génie biomédical et la neurologie », a déclaré l'auteur de l'article, le Dr Chris French, chef du laboratoire de neurodynamique du département de médecine de l'Université de Californie. Melbourne. « La dynamique clé des neurones DishBrain pourrait fournir des biomarqueurs clés pour diagnostiquer et traiter une gamme de maladies neurologiques allant de l’épilepsie à la démence. "

En construisant des modèles cérébraux vivants, les scientifiques seront en mesure de mener des expériences en utilisant la fonction cérébrale réelle plutôt que des modèles similaires défectueux tels que des ordinateurs, non seulement pour explorer la fonction cérébrale, mais aussi pour tester comment les médicaments l'affectent.

Professeur Anthony Burkitt, auteur de l'article et chef du département des biosignaux et des systèmes biologiques à l'Université de Melbourne, a déclaré que cette recherche pourrait également résoudre les problèmes rencontrés par les interfaces cerveau-ordinateur et restaurer les fonctions perdues en raison de lésions nerveuses. le cerveau. Le domaine de la modélisation biologique du cerveau en est à ses balbutiements, mais ouvre la voie à un tout nouveau domaine scientifique", a déclaré le Dr Kagan.