Une carte cérébrale de l’activité neuronale lors d’un comportement complexe

Cartographie de la symphonie du cerveau : dévoiler l’activité neuronale lors d’un comportement complexe. Imaginez que vous puissiez regarder dans le cerveau pendant qu’il orchestre la danse complexe de la sensation, de la décision et de l’action. Cette étude révolutionnaire nous rapproche plus que jamais de cette vision, en présentant une carte sans précédent de l’activité neuronale qui s’étend sur presque tout le cerveau de la souris lors d’une tâche de prise de décision sophistiquée. Le défi en neurosciences a longtemps été de comprendre comment des centaines de régions interconnectées traitent les informations sensorielles, tissent des expériences passées et, finalement, guident le comportement. Traditionnellement, les efforts ont été fragmentés : différents laboratoires étudient différentes zones du cerveau, chacun utilisant ses propres méthodes. Cette nouvelle approche unit le domaine, en regroupant les données de 12 laboratoires qui ont tous formé des souris sur la même tâche exigeante, où les animaux devaient voir, décider et agir. L’ampleur de cette entreprise est stupéfiante : plus de 600 000 neurones enregistrés à partir de 139 souris, avec des sondes échantillonnant 279 zones cérébrales distinctes. Les souris ont été confrontées à un défi visuel : détecter un stimulus sur un écran et utiliser leurs pattes pour tourner une roue, signalant ainsi leur décision. La tâche a été conçue non seulement pour sonder les capacités sensorielles et motrices, mais aussi pour tester comment les souris utilisent les attentes et s’adaptent aux probabilités changeantes. Alors que les souris faisaient leurs choix, les sondes ont capturé la symphonie électrique du cerveau. Les informations visuelles ont d’abord déclenché une activité dans les régions visuelles classiques, mais les signaux se sont rapidement propagés vers l’extérieur, impliquant les zones du mésencéphale et du rhombencéphale. Ces régions ne se contentaient pas de traiter ce que les souris voyaient, elles étaient également profondément impliquées dans l’évaluation des choix et la préparation à l’action. L'une des découvertes les plus frappantes est l'omniprésence des signaux liés au mouvement. Qu’une souris se prépare à tourner la roue ou qu’elle bouge, les échos neuronaux de l’action imminente résonnent presque partout dans le cerveau. Les retours, qu’il s’agisse d’une récompense ou d’un délai d’attente, ont également suscité des réactions généralisées. L’acte de lécher pour consommer une récompense, par exemple, déclenche des oscillations coordonnées, laissant entendre un changement d’état à l’échelle du cerveau pendant les moments de satisfaction. Mais les représentations du cerveau ne sont pas uniformes. Les stimuli visuels, par exemple, ont été codés de manière plus robuste et rapide dans les zones visuelles traditionnelles, puis plus progressivement et plus largement dans les régions associées à la prise de décision. Pendant ce temps, les signaux de choix sont apparus non seulement dans les régions frontales et pariétales, mais aussi dans le thalamus, le mésencéphale, le cerveau postérieur et même le cervelet, ce qui suggère que la prise de décision est moins l’apanage d’une seule région que d’une entreprise collective. Étonnamment, même dans les régions qui ne sont pas classiquement associées à la tâche, comme le cortex auditif et le subiculum, l’activité neuronale reflétait parfois des variables sensorielles, de choix ou de mouvement, en particulier lors d’essais plus difficiles ou plus lents. Ce codage dynamique distribué brouille les lignes entre les régions cérébrales spécialisées et générales. Pour décoder ces modèles, les chercheurs ont utilisé des analyses avancées, prédisant les variables comportementales à partir de l’activité neuronale, disséquant les contributions de cellules uniques et suivant les trajectoires à l’échelle de la population au fur et à mesure que les décisions se déroulaient. Le résultat est une carte multidimensionnelle qui capture à la fois le flux d’informations et sa transformation lorsqu’il se déplace dans le cerveau. Cet ensemble de données à grande échelle, désormais librement accessible à la communauté scientifique, ouvre de nouvelles frontières pour comprendre comment le cerveau intègre la sensation, l’attente, l’action et la récompense. Il nous invite à repenser la simplicité du modèle de « fonction localisée », révélant un cerveau où le calcul est distribué, flexible et profondément lié à la fois aux états internes et au monde extérieur. Le voyage pour déchiffrer complètement les codes du cerveau se poursuit, mais avec cette carte en main, les explorateurs sont mieux équipés que jamais pour cartographier ses mystères.