Des "cartes cérébrales" permettent de visualiser le développement du cerveau au niveau cellulaire

"Le cerveau en développement est une structure incroyablement énigmatique : difficile d'accès, composée de nombreux types cellulaires distincts et en constante évolution", explique à l'AFP Aparna Bhaduri, chercheuse à l'Université de Californie, à Los Angeles (UCLA), et membre du Brain Initiative Cell Atlas Network (BICAN). Cette phase précoce du développement cérébral, exceptionnellement longue chez l'humain, est cruciale. Les troubles du développement neurologique, qui entraînent des déficiences cognitives, comportementales ou psychomotrices importantes, affectent 15% des enfants ou adolescents dans le monde, rappellent les scientifiques de ce vaste programme américain de recherche en neurosciences, qui publient mercredi un ensemble de 12 études dans Nature.

"A ce jour, aucune technologie ne permet d'observer cette séquence en continu dans un organisme vivant", rappelle Emily Sylwestrak, neuroscientifique à l'Université de l'Oregon (Etats-Unis), dans un article accompagnant la publication de ces études. Mais "en utilisant une série dense d'instantanés au cours du développement précoce, les chercheurs peuvent reconstruire par calcul le parcours d'une cellule, de sa forme progénitrice [précoce, NDLR] à sa forme mature et différenciée", écrit, dans Nature, la biologiste, qui n'a pas participé aux différents travaux publiés. "La technologie a atteint un niveau qui nous permet d'observer les cellules une par une, ce qui nous donne accès à une quantité d'informations bien plus riche sur la manière dont les cellules évoluent pendant le développement, comme l'expression des gènes, les modifications de l'ADN, et l'évolution du contexte spatial", complète Aparna Bhaduri.

Des fenêtres de vulnérabilité et d’intervention

Ensemble, les 12 études révèlent le calendrier précis et les schémas selon lesquels des cellules cérébrales croissent, se spécialisent et se connectent chez l'homme, mais aussi chez des primates non-humains et la souris. La réalisation de cartes du cerveau chez les souris et les primates non-humains est précieuse pour réaliser des comparaisons entre espèces et lever des difficultés liées à la rareté des échantillons post-mortem chez l'homme.

Les neuroscientifiques ont notamment établi "l'arbre généalogique" le plus complet à ce jour d'un groupe particulier de cellules cérébrales chez la souris appelées neurones inhibiteurs GABAergiques. Ces cellules agissent comme des freins, calmant l'activité excessive et facilitant la communication entre les différentes régions cérébrales. Chez l'humain, elles sont essentielles à toutes nos fonctions, du mouvement à la mémoire en passant par la gestion des émotions.

Une découverte marquante révèle que ces cellules parcourent de longues distances depuis leur lieu de naissance jusqu'à leur destination finale, traversant parfois des régions entières du cerveau. Les scientifiques ont aussi découvert que certaines d'entre elles continuent à se développer bien après la naissance. Ce qui suggère qu'il existe une fenêtre d'intervention plus longue qu'on ne le pensait, particulièrement pour les enfants ayant des difficultés de développement.

Dans une autre étude, des scientifiques se sont penchés sur le cortex visuel. Ils montrent que les expériences postnatales - voir, entendre, interagir avec le monde... - influenceraient le développement cérébral bien plus qu'on ne l'imaginait.

D'autres études ont permis d'identifier des "fenêtres de vulnérabilité", des périodes où des maladies sont plus susceptibles d'apparaître. "En comprenant quand et où les gènes clés s'activent pendant le développement, nous pouvons commencer à découvrir comment des perturbations dans ce processus peuvent conduire à des troubles comme l'autisme ou la schizophrénie. C'est une connaissance fondamentale qui ouvre la voie à de meilleurs diagnostics et à des traitements ciblés", explique Hongkui Zeng, co-auteure de plusieurs des études.

"C'est une étape importante et enthousiasmante, mais il reste encore des régions cérébrales peu connues et des périodes de développement difficiles d'accès qui sont sous-représentées", note Aparna Bhaduri. Si on compare ces travaux à des atlas géographiques, "nous connaissons le paysage général et certains pays sont très détaillés, mais une grande partie du monde reste à explorer".