Connectomique

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La connectomique est l'établissement et l'étude du connectome, c'est-à-dire de l'ensemble des connexions neuronales du cerveau.

La connectomique est la production et l'étude des connectomes : des cartes complètes des connexions au sein du système nerveux d'un organisme. Plus généralement, on peut considérer qu'il s'agit de l'étude des schémas de câblage neuronaux, en mettant l'accent sur la façon dont la connectivité structurelle, les synapses individuelles, la morphologie et l'ultrastructure cellulaires contribuent à la constitution d'un réseau. Le système nerveux est un réseau constitué de milliards de connexions et ces connexions sont responsables de nos pensées, émotions, actions, souvenirs, fonctions et dysfonctionnements. Par conséquent, l'étude de la connectomique vise à faire progresser notre compréhension de la santé mentale et de la cognition en comprenant comment les cellules du système nerveux sont connectées et communiquent. Ces structures étant extrêmement complexes, les méthodes de ce domaine utilisent une application de criblage à haut débit d'imagerie neuronale fonctionnelle et structurelle, le plus souvent l'imagerie par résonance magnétique (IRM), la microscopie électronique et les techniques histologiques, afin d'augmenter la vitesse, l'efficacité et la résolution de ces cartes du système nerveux. À ce jour, des dizaines d'ensembles de données à grande échelle ont été collectés, couvrant le système nerveux, y compris les différentes zones du cortex, le cervelet[1],[2], la rétine[3], le système nerveux périphérique[4] et les jonctions neuromusculaires[5].

D'une manière générale, il existe deux types de connectomes : les connectomes à macro-échelle et les connectomes à micro-échelle. La connectomique à macro-échelle consiste à utiliser les données de l'IRM fonctionnelle et structurelle pour cartographier les grands trajets de fibres et les zones de matière grise fonctionnelle dans le cerveau en termes de flux sanguin (fonctionnel) et de diffusivité de l'eau (structurel). La connectomique à micro-échelle est la cartographie du connectome complet des petits organismes à l'aide de la microscopie et de l'histologie ; on considère donc là toutes les connexions qui existent dans leur système nerveux central.

  1. (en) Angelo Quartarone, Alberto Cacciola, Demetrio Milardi, Maria Felice Ghilardi, Alessandro Calamuneri, Gaetana Chillemi, Giuseppe Anastasi et John Rothwell, « New insights into cortico-basal-cerebellar connectome: clinical and physiological considerations », Brain, vol. 143, no 2,‎ , p. 396–406 (ISSN 0006-8950, PMID 31628799, DOI 10.1093/brain/awz310 Accès libre)
  2. (en) Tri M. Nguyen, Logan A. Thomas, Jeff L. Rhoades, Ilaria Ricchi, Xintong Cindy Yuan, Arlo Sheridan, David G. C. Hildebrand, Jan Funke, Wade G. Regehr et Wei-Chung Allen Lee, « Structured connectivity in the cerebellum enables noise-resilient pattern separation », bioRxiv-10.1101/2021.11.29.470455v1,‎ , p. 2021.11.29.470455.
  3. Moritz Helmstaedter, Kevin L. Briggman, Turaga Srinivas C., Jain Viren, Seung H. Sebastian et Denk Winfried, « Connectomic reconstruction of the inner plexiform layer in the mouse retina », Nature, vol. 500, no 7461,‎ , p. 168–174 (ISSN 0028-0836, PMID 23925239, DOI 10.1038/nature12346, Bibcode 2013Natur.500..168H, S2CID 3119909).
  4. (en) Jasper S. Phelps, David Grant Colburn Hildebrand, Brett J. Graham, Aaron T. Kuan, Logan A. Thomas, Tri M. Nguyen, Julia Buhmann, Anthony W. Azevedo, Anne Sustar, Sweta Agrawal et Mingguan Liu, « Reconstruction of motor control circuits in adult Drosophila using automated transmission electron microscopy », Cell, vol. 184, no 3,‎ , p. 759–774.e18 (ISSN 0092-8674, PMID 33400916, PMCID 8312698, DOI 10.1016/j.cell.2020.12.013).
  5. Tjeerd W. Boonstra, Danna-Dos-Santos Alessander, Hong-Bo Xie., Roerdink Melvyn, Stins John F. et Michael Breakspear, « Muscle networks: Connectivity analysis of EMG activity during postural control », Scientific Reports, vol. 5,‎ , p. 17830 (PMID 26634293, PMCID 4669476, DOI 10.1038/srep17830, Bibcode 2015NatSR...517830B).

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