Le mystère de la façon dont les neurones contrôlent le cerveau a enfin été résolu : ScienceAlert

Le cerveau est une merveille d’efficacité, perfectionné par des milliers d’années d’évolution pour pouvoir s’adapter et prospérer dans un monde en évolution rapide. Pourtant, malgré des décennies de recherche, le mystère de la manière dont le cerveau y parvient reste insaisissable.

Notre nouvelle recherche, publiée dans la revue Cellulerévèle comment les neurones – les cellules responsables de vos souvenirs, pensées et émotions d’enfance – coordonnent leur activité.

C’est un peu comme être un travailleur dans une entreprise performante. Équilibrer les compétences individuelles et le travail d’équipe est la clé du succès, mais comment parvenir à cet équilibre ?

Il s’avère que le secret du cerveau est étonnamment simple : ne consacrez pas plus de la moitié (et pas moins de 40 %) des efforts de chaque cellule à des tâches individuelles.

Où va le reste de l’effort ? Vers un travail d’équipe évolutif.

Et voici le plus intéressant : nous avons trouvé exactement la même structure organisationnelle dans le cerveau de cinq espèces : des mouches des fruits et des nématodes au poisson zèbre, en passant par les souris et les singes.

Ces espèces proviennent de différentes branches de l’arbre de vie séparées par plus d’un mètre. milliards d’années d’évolutionsuggérant que nous avons peut-être découvert un principe fondamental pour un traitement optimisé de l’information. Il offre également des leçons puissantes pour tout système complexe d’aujourd’hui.

Le juste milieu critique

Notre découverte répond à un problème de longue date débat sur le cerveau: les neurones agissent-ils comme joueurs vedettes (chacun hautement spécialisé et efficace) ou donnent-ils la priorité travail d’équipe (garantir que l’ensemble du système fonctionne même lorsque certains éléments vacillent) ?

Répondre à cette question a été un défi. Jusqu’à récemment, les outils des neurosciences se limitaient à enregistrer l’activité de quelques cellules, voire de plusieurs millions.

Ce serait comme essayer de comprendre une grande entreprise en interrogeant une poignée d’employés ou en ne recevant que des résumés de haut niveau des départements. Il manquait le juste milieu.

Cependant, avec les progrès dans imagerie du calciumnous pouvons désormais enregistrer simultanément les signaux de dizaines de milliers de cellules. L’imagerie calcique est une méthode qui nous permet d’observer l’activité neuronale en temps réel grâce à des capteurs fluorescents qui s’allument en fonction des niveaux de calcium dans la cellule.

frameborder= »0″allow= »accéléromètre ; lecture automatique ; écriture dans le presse-papiers ; médias cryptés ; gyroscope; image dans l’image ; partage Web » referrerpolicy= »strict-origin-when-cross-origin »allowfullscreen>

En appliquant les enseignements de ma formation en physique pour analyser des ensembles de données à grande échelle, nous avons découvert que l’activité cérébrale se déroule selon un hiérarchie fractale.

Les cellules travaillent ensemble pour construire des réseaux coordonnés plus vastes, créant une organisation dont chaque échelle reflète celles du haut et du bas.

Cette structure a répondu au débat : le cerveau fait réellement les deux.

Il équilibre l’individualité et le travail d’équipe, et le fait de manière intelligente. Environ la moitié de l’effort est consacré à la performance « personnelle » alors que les neurones collaborent au sein de réseaux de plus en plus vastes.

Le cerveau peut s’adapter rapidement au changement

Pour tester si la structure du cerveau présentait des avantages uniques, nous avons effectué des simulations informatiques, révélant que cette hiérarchie fractale optimise le flux d’informations à travers le cerveau.

Cela permet au cerveau de faire quelque chose de crucial : s’adapter au changement. Il garantit que le cerveau fonctionne efficacement, accomplissant des tâches avec un minimum de ressources tout en restant résilient en maintenant sa fonction même lorsque les neurones ont des ratés.

Que vous naviguiez sur un terrain inconnu ou que vous réagissiez à une menace soudaine, votre cerveau traite et agit rapidement en fonction des nouvelles informations. Les neurones ajustent continuellement leur coordination, gardant le cerveau suffisamment stable pour une réflexion profonde, mais suffisamment agile pour répondre aux nouveaux défis.

L’organisation multi-échelle que nous avons trouvée permet différentes stratégies – ou « codes neuronaux » – pour fonctionner à différentes échelles.

Par exemple, nous avons constaté que le mouvement du poisson zèbre repose sur de nombreux neurones travaillant à l’unisson. Cette conception résistante garantit la continuité de la baignade, même dans des environnements en évolution rapide.

En revanche, la vision de la souris s’adapte à l’échelle cellulaire, permettant ainsi la précision requise pour extraire les détails fins d’une scène. Ici, si quelques neurones manquent des informations clés, la perception entière peut changer – comme lorsqu’une illusion d’optique trompe votre cerveau.

Nos résultats révèlent que cette coordination fractale de l’activité neuronale se produit sur une vaste période d’évolution : depuis les vertébrés, dont le dernier ancêtre commun vivait il y a 450 millions d’années, jusqu’aux invertébrés, remontant à un milliard d’années.

Cela suggère que les cerveaux ont évolué pour équilibrer efficacité et résilience, permettant un traitement optimisé de l’information et une adaptabilité aux nouvelles demandes comportementales. La persistance évolutive laisse entendre que nous avons découvert un principe de conception fondamental.

Un principe fondamental ?

Nous vivons une époque passionnante, alors que la physique et les neurosciences continuent d’interagir pour découvrir les lois universelles du cerveau, élaborées au fil des éternités de sélection naturelle. Des travaux futurs seront nécessaires pour voir comment ces principes pourraient être appliqués dans le cerveau humain.

Nos résultats suggèrent également quelque chose de plus grand : cette règle simple de concentration individuelle et de travail d’équipe évolutif pourrait ne pas être seulement une solution pour le cerveau.

Lorsque les éléments sont organisés en réseaux à plusieurs niveaux, les ressources peuvent être partagées efficacement et le système devient robuste contre les perturbations.

Les meilleures entreprises fonctionnent de la même manière : lorsqu’un nouveau défi se présente, les individus peuvent réagir sans attendre les instructions de leur manager, ce qui leur permet de résoudre le problème tout en restant soutenu rapidement par l’organisation.

Il s’agit peut-être d’un principe universel pour parvenir à la résilience et à l’efficacité dans des systèmes complexes.

Il semble qu’une légende du basket-ball Michael Jordan Il avait raison lorsqu’il disait : « le talent gagne les matchs, mais le travail d’équipe et l’intelligence gagnent les championnats ».

Brandon Robert MunnChercheur postdoctoral, Université de Sydney

Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lire le article original.