Les scientifiques ont depuis longtemps été intrigués par le complexe réseau de connexions entre les neurones dans le cerveau. Des recherches récentes ont révélé que, bien que la plupart des connexions entre les neurones soient plus faibles, il y en a quelques-unes qui se distinguent par des connexions remarquablement fortes. Ce schéma, connu sous le nom de « connectivité à queue lourde », suscite la curiosité des scientifiques quant à sa formation et s’il est spécifique à certaines espèces ou régi par un principe universel.
Pour éclairer ce phénomène, des chercheurs du Center Initiative for the Theoretical Sciences (ITS) de l’Université de CUNY, de Yale, de l’Université de Chicago et de Harvard ont examiné de vastes ensembles de données sur les connexions neuronales chez les mouches des fruits, les souris et deux espèces de vers. À l’aide de modèles mathématiques basés sur la plasticité de Hebb, un principe suggérant que les neurones qui se déclenchent ensemble s’associent, les scientifiques ont démontré comment ce mécanisme pourrait entraîner des connexions à queue lourde.
L’étude a également révélé une autre caractéristique significative : le regroupement. Les neurones ont tendance à former des groupes étroitement connectés, ce qui indique un niveau d’organisation plus élevé dans le réseau neuronal. La recherche visait à démêler les origines de la connectivité à queue lourde chez différentes espèces.
Christopher Lynn, l’auteur principal de l’étude et maintenant professeur adjoint de physique à Yale, a expliqué que leur modèle était basé sur l’idée que les neurones se réorganisent et se connectent sous l’effet d’une combinaison de dynamiques concurrentielles et aléatoires. Alors que certaines connexions servent des objectifs spécifiques, d’autres se forment de manière aléatoire.
Les résultats de l’équipe suggèrent que les principes de l’auto-organisation cellulaire peuvent expliquer la formation de connexions fortes et de réseaux étroitement connectés dans le cerveau de différentes espèces. Cela implique que la formation du réseau neuronal ne dépend pas uniquement de mécanismes spécifiques à chaque espèce, mais est guidée par un principe simple d’auto-organisation.
Les implications de cette recherche vont au-delà de la compréhension des connexions complexes dans le cerveau. Les connaissances nouvellement acquises pourraient servir de base pour l’étude de la structure cérébrale chez d’autres animaux et potentiellement améliorer notre compréhension de la fonction cérébrale humaine.
Référence de l’article :
Lynn, C.W., Holmes, C.M. & Palmer, S.E. Heavy-tailed neuronal connectivity arises from Hebbian self-organization. Nat. Phys. (2024). DOI: 10.1038/s41567-023-02332-9
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