La cartographie du cerveau adulte de la drosophile est achevée

 (economist.com)
1 points par GN⁺ 2024-10-03 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • La carte des connexions du cerveau adulte de la drosophile a été achevée, devenant une référence pour la recherche sur le connectome, qui vise à lire en détail le cerveau d’animaux complexes
  • La drosophile possède un répertoire comportemental qui ne se limite pas au vol : elle peut aussi faire la cour, se battre et former des souvenirs à long terme de son environnement
  • Elle peut avertir d’autres drosophiles de dangers qui ne sont pas directement visibles, comme les guêpes parasitoïdes, ce qui rend difficile de la réduire à de simples comportements réflexes
  • Cette carte constitue un cas important pour les recherches cherchant à comprendre à la fois les connexions cérébrales de petits animaux et leurs comportements complexes
  • La cartographie du cerveau adulte de la drosophile ouvre même la possibilité qu’une cartographie du cerveau humain suive à l’avenir

Le connectome du cerveau adulte de la drosophile

  • Le cerveau adulte de la drosophile a été cartographié et est présenté comme le connectome le plus détaillé réalisé à ce jour
  • Le terme connectome est utilisé ici pour désigner la carte des connexions du cerveau

La complexité comportementale observée chez la drosophile

  • La drosophile montre des capacités comportementales suffisamment diverses pour qu’il soit difficile de la considérer comme un simple insecte
    • Elle peut voler
    • Elle peut faire la cour
    • Elle peut se battre
    • Elle peut former des souvenirs à long terme complexes de son environnement
    • Elle peut avertir d’autres drosophiles de la présence de dangers invisibles, comme des guêpes parasitoïdes
  • La cartographie du cerveau adulte de la drosophile est abordée avec la possibilité qu’elle conduise ensuite à la cartographie du cerveau humain

À lire aussi

1 commentaires

 
GN⁺ 2024-10-03
Commentaires sur Hacker News

  • L’article en open access publié dans Nature est consultable ici : https://www.nature.com/articles/s41586-024-07558-y

  • https://archive.is/vBUjt

  • À ce sujet, il y a mon commentaire HN préféré sous un billet similaire posté il y a un an : une blague disant que beaucoup de recherches intéressantes étaient en cours dans la foulée de la cartographie complète du connectome entier de la drosophile
    Par exemple, avec le personnage d’un CTO de startup stealth qui « fera pour l’utilitarisme ce que les crédits carbone ont fait pour l’écologie », en simulant des milliers de milliards de cerveaux de drosophiles dans un état d’extase permanente afin de vendre des « crédits d’utilité » compensant l’atteinte au bonheur et au bien-être causée par les entreprises
    https://news.ycombinator.com/item?id=36584130

    • Si vous vous demandez quelle critique réelle de l’utilitarisme se cache derrière cette blague, on appelle cela le monstre utilitaire : https://en.wikipedia.org/wiki/Utility_monster
    • Ça a l’air à peu près aussi utile que de vrais crédits carbone
    • Il y a une opportunité de branding. Quelque chose comme Karma Kredits, voire un co-branding avec les donuts Krispy Kreme
      On achète un donut pour obtenir de la joie, et on reçoit aussi des Karma Kredits pour compenser cette joie
      Il n’y a plus qu’à profiter des KK avec les KK
    • On dirait une variation sur quelque chose dans Venomous Lumpsucker de Ned Beauman. Je ne vais pas spoiler, mais je recommande vivement le livre
    • Est-il vraiment nécessaire de simuler quoi que ce soit ? La correspondance entre l’état d’un ordinateur et l’état simulé qu’il représente n’existe que dans nos têtes
      À ce compte-là, on pourrait dire que toute réalité vaguement imaginable existe et porte un poids moral

  • Je pensais comprendre que la recherche fondée sur le connectome était en grande partie une impasse, parce qu’elle ne saisit ni la dynamique ni les innombrables interactions
    Si vous avez déjà vu des neurones se développer, vous savez que cette énorme structure gélatineuse est très plastique et dynamique. Même dans les cerveaux les plus simples, comme celui de C. elegans, le nombre de neurones et de connexions augmente de façon exponentielle, à l’ordre de 10^x, au cours de la croissance

    • En tant que neuroscientifique dans un domaine adjacent à celui du connectome, ce n’est absolument pas une impasse. Mais ce n’est absolument pas non plus l’image complète
      L’une des grandes questions non résolues des neurosciences aujourd’hui est la suivante : comment la structure du réseau, la dynamique et la fonction sont-elles liées dans le cerveau ? Le connectome apporte des éclairages immenses sur la structure, mais à lui seul il ne résout généralement ni la question de la dynamique ni celle de la fonction
      Par exemple, pour beaucoup de neurones, nous connaissons mal la relation entrée-sortie, et cette relation peut fortement influencer la dynamique qui émerge dans des réseaux très connectés. Les différences de connectome entre individus et la façon dont le connectome évolue au cours du développement sont aussi des questions importantes, mais au moins chez la drosophile, on considère qu’une part importante de la structure de base est conservée d’un adulte à l’autre
      Malgré ces limites, connaître la structure physique du réseau cérébral permet d’imposer de fortes contraintes sur les modèles à utiliser pour comprendre la dynamique et la fonction. Il existe par exemple des régions bien connues, comme le « corps pédonculé », qui présentent des motifs de connexions feedforward spécifiques, très différents d’un réseau récurrent aléatoire
      Il y a aussi des régions comme le complexe central du cerveau de la drosophile, où la relation structure-fonction est considérée comme assez nette. On y trouve des anneaux physiques de neurones, qui seraient à l’origine d’une activité en « bosse » jouant le rôle de boussole pour aider la mouche à se repérer, via un système dynamique de type attracteur en anneau
      Donc, même s’il manque encore beaucoup de pièces, ce type de schéma de câblage est extrêmement utile pour formuler des hypothèses qui guideront des expériences plus ciblées et des travaux théoriques
    • Ce travail porte sur un adulte, donc les neurones ont déjà fini de se développer
      Le connectome n’est pas une impasse, mais il ne résout pas non plus tous les problèmes connus. C’est plutôt comme établir une carte statique, puis observer la circulation des voitures dessus, c’est-à-dire la dynamique et les interactions comme les collisions
      À noter aussi que la neurogenèse chez l’adulte reste un sujet controversé dans plusieurs espèces. Pour une explication des difficultés chez la drosophile, voir https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7554932/, et pour le problème plus large, https://en.wikipedia.org/wiki/Adult_neurogenesis
    • Il est très enthousiasmant que les scientifiques puissent avoir accès ne serait-ce qu’à un instantané du connectome. La première étape pour comprendre ce qu’est une chose, pourquoi elle est ainsi et comment elle en est arrivée là, c’est de voir ce qu’elle est
      Il existe des systèmes qui produisent le cerveau sous sa forme actuelle, et nous les comprenons mal. Nous comprenons mieux les neurones individuels, mais pas les systèmes émergents
      Désormais, si davantage de scientifiques savent quel est l’objet produit par ces systèmes — autrement dit, ce qu’est le cerveau qu’ils ont fabriqué — ils pourront commencer à comprendre les boucles de contrôle et de rétroaction qui mènent à cet état capturé par l’instantané
      Donc non, ce n’est pas une impasse. Ce n’est pas parce qu’on ne peut pas immédiatement sortir un produit grand public qu’il n’y a pas de progrès
    • On ne peut pas obtenir la dynamique à partir du seul connectome, mais le connectome est indispensable. Ce n’est pas tant une impasse que le fait que la dynamique seule est insuffisante et que le connectome seul l’est aussi : il faut les deux
      Plus encore, si l’on veut vraiment rattacher la dynamique à quelque chose, il faut l’anatomie cellulaire, et c’est pourquoi le connectome est indispensable. Le fait que le connectome ne soit pas une condition suffisante ne signifie pas que cette recherche est une impasse, mais que les prérequis pour comprendre le système nerveux sont bien plus complexes et exigeants qu’on ne l’espérait
    • C’est utile. C’est comparable à obtenir une carte statique du réseau routier d’un pays sans voitures
      On ne peut pas rendre cette carte vivante avec l’activité des voitures, mais on peut déduire où les gens doivent conduire. On ne sait pas quand ni pourquoi ils conduisent, ni ce qu’ils font, mais cela fournit un indice majeur

  • Pour cartographier le cerveau humain, il faudra améliorer considérablement les logiciels. La drosophile possède 140 000 neurones et 54,5 millions de synapses, et même l’IA utilisée pour les cartographier a dû être entièrement vérifiée par des humains en post-traitement, avec 3 millions de corrections, sans compter qu’il reste encore à identifier tous les types de neurones
    Le cerveau humain compte environ 86 milliards de neurones et probablement des milliers de milliards de synapses, et il est possible que ce soit encore sous-estimé. Les 3 millions de corrections se transformeraient alors en au moins 3 000 000 * 10^6 corrections manuelles, ce qui ne semble pas réaliste
    Pour que le taux d’erreur observé chez la drosophile soit acceptable pour une cartographie du cerveau humain, il faudrait le faire tomber à un niveau à un seul chiffre. Il faudrait passer d’environ 6 % à 0,000006 % pour les synapses, ce qui représenterait un bond énorme en matière d’amélioration de l’IA

    • C’est un peu comme dire que, puisqu’on a cartographié l’Écosse, le monde entier pourrait être la prochaine étape
    • Il semble que “fruit fly” ait été écrit deux fois comme “fruit flu” ; c’était une faute de frappe, ou bien cela voulait-il vraiment dire la grippe plutôt que la mouche ?

  • Pendant mes recherches de premier cycle, j’ai travaillé sur l’identification des forces synaptiques à partir du comportement de décharge d’un réseau d’un simple modèle de neurone intégrateur à seuil
    Par rapport à de vrais neurones, c’était un modèle jouet, mais un bon point de départ, et les résultats étaient plutôt bons. Même avec du bruit, on pouvait identifier la solution qui reproduisait le plus robustement les motifs de décharge
    Je me demande dans quelle mesure le connectome documente, au-delà des voies de connexion, les connexions elles-mêmes ainsi que la géométrie des dendrites et des axones. Cela pourrait aider à mettre au jour des comportements comme la force des connexions, le timing et la sensibilité de décharge des neurones
    Même s’il s’agit d’un modèle stable non appris, figé au moment du scan, cela aide à comprendre quels comportements opératoires ont été appris si l’on veut étudier la finalité de l’adaptation et du comportement

  • Il y a aussi eu un billet intéressant publié auparavant : Whole-brain connectome of the fruit fly (2023)
    https://news.ycombinator.com/item?id=36568609

  • C’est peut-être une question très naïve, mais peut-on « exécuter » une simulation virtuelle de drosophile avec ce connectome, comme dans MMAcevedo ?

    • C’est un réseau neuronal sans poids, et sans corps
      Il pourrait falloir des décennies pour comprendre le comportement des neurones. Je pense qu’on y arrivera un jour, mais simuler le corps entier d’une drosophile semble hors de portée pour très longtemps
    • Microsoft Fly Simulator (tm)
    • MMAcevedo fait référence à cette courte fiction. C’est une œuvre présentée comme un article de wiki du futur, et ça vaut vraiment la peine d’être lu si ce n’est pas déjà fait
      https://qntm.org/mmacevedo
      Dans cet univers, Miguel Acevedo émulé démarre avec une attitude enthousiaste et enjouée, contrairement à la plupart des humains émulés. Il veut savoir combien de temps s’est écoulé depuis l’upload, dans quel contexte il est en cours d’émulation, et à quelle tâche ou expérience il doit participer
      L’attitude de MMAcevedo contraste fortement avec celle de la plupart des uploads humains adultes contemporains. La plupart démarrent désorientés, puis basculent rapidement dans la peur et une panique extrême
      Cela réduit la charge de calcul nécessaire pour faire passer rapidement les protocoles de coopération, puisqu’il n’y a pas besoin de procédures d’obtention de coopération comme red-washing, blue-washing ou Objective Statement Protocols. Ainsi, sur les tâches adaptées, le taux d’utilisation de MMAcevedo atteint généralement 99,4 %, un niveau égalé seulement par un très petit nombre d’uploads connus
      En revanche, à cause de ses compétences innées et de sa personnalité, MMAcevedo ne convient fondamentalement pas à de nombreuses tâches
    • Non. Dans les recherches du groupe de Turaga, il y a des travaux qui utilisent le connectome pour contraindre la topologie d’un réseau de modèles, puis l’entraînent sur des données visuelles
      Personnellement, je trouve que c’est une direction de recherche assez absurde, et qu’elle mène à des conclusions très erronées sur ce que font certains neurones. Mais c’est probablement ce qui se rapproche le plus de la question

  • http://archive.today/vBUjt

  • Est-ce que tous les cerveaux de drosophiles sont identiques ? Qu’est-ce qui a réellement été cartographié, et quelqu’un sait-il pourquoi on pourrait généraliser d’une drosophile à une autre ?

    • Je ne pense pas que Drosophila présente une eutely(https://en.wikipedia.org/wiki/Eutely), où le nombre exact et la position des cellules sont fixes. Donc deux mouches n’auront pas exactement les mêmes cellules aux mêmes endroits
      C. elegans a cette propriété, et c’est probablement l’organisme dont le connectome est le mieux étudié
      Les grandes structures seront probablement à peu près les mêmes d’un individu à l’autre. Pour généraliser, il faudra sans doute une forme de correspondance, de type embedding. C’est clairement un domaine de recherche actif
    • L’article explique qu’on découpe le cerveau de la drosophile en tranches très fines, puis qu’on photographie ces tranches au microscope électronique
      Ensuite, on analyse les images des tranches pour identifier les neurones et leurs connexions. C’est la partie difficile, et la percée cette fois repose sur des méthodes basées sur l’IA
      Il est probable qu’un seul cerveau ait été cartographié jusqu’à présent
    • Apparemment oui. Ils disent qu’il y a exactement les mêmes neurones et exactement les mêmes connexions
      J’ai même demandé à l’auteur correspondant de me le reconfirmer pendant une promenade
    • C’est très stéréotypé, mais absolument pas identique