Google AI et l’Université de Harvard cartographient une partie du cortex cérébral en trois dimensions

Google AI Harvard cartographie modélisation 3D cortex cérébral

Au début du mois de juin dernier, Google a annoncé, en collaboration avec le laboratoire Lichtman de l’Université d’Harvard, la réalisation d’une cartographie du cortex cérébral humain en trois dimensions. En parallèle, un dataset de 1,4 pétaoctet (1015 octets) a été publié : il comprend des données d’imagerie qui couvrent environ 1 mm3 de tissue cérébral ainsi que des dizaines de milliers de neurones reconstruits. Cet outil devrait permettre de faire avancer les études autour des réseaux de neurones du cerveau humain qui à l’heure actuelle, sont difficiles.

Des chercheurs de Google AI et de l’Université de Harvard ont cartographié le cortex cérébral en 3D

Grâce à une collaboration entre le laboratoire Lichtman de l’Université de Harvard et Google AI, des chercheurs ont réussi à cartographier le cortex cérébral humain en 3D. Déjà en janvier 2020, Google proposait une base de données fournissant des informations sur la structure morphologique et la connectivité synaptique de la moitié du cerveau d’une mouche. De cette recherche autour du cerveau des mouches, les équipes de recherches se sont ensuite tournées vers le cerveau humain.

Le cortex cérébral (ou matière grise) est la fine couche superficielle que l’on retrouve chez les espèces vertébrées. Chez les mammifères et plus particulièrement les êtres humains, elle prend une place importante dans la tête de l’individu. Il joue un rôle crucial dans la plupart des fonctions cognitives de niveau supérieur, telles que la pensée, la mémoire, la planification, la perception, le langage et l’attention.

Bien qu’il y ait eu quelques progrès dans la compréhension de son organisation macroscopique, son organisation au niveau des cellules nerveuses et des synapses interconnectées est peu connue. C’est pour aider les recherches autour de ces deux aspects que les chercheurs ont décidé de concevoir une cartographie du cortex cérébral humain en 3D.

Un data set de près de 1,4 pétaoctet

L’ensemble de données “HO1” est un data set de 1,4 pétaoctet d’un petit échantillon de tissu cérébral humain accompagné d’un article intitulé “A connectomic study of a petascale fragment of human cerebral cortex” dont l’auteur principal est Alexander Shapson-Coe, du département de biologie cellulaire et moléculaire de l’Université de Harvard, et qui montre comme cette base de données a été exploitée pour étudier le cortex cérébral.

Elle comprend des données d’imagerie qui couvrent environ un millimètre cube de tissu cérébral et comprend des dizaines de milliers de neurones reconstruits, des millions de fragments de neurones, 130 millions de synapses annotées, 104 cellules relues et de nombreuses annotations et structures subcellulaires supplémentaires. L’échantillon “H01” a été imagé à une résolution de 4 nm par microscopie électronique, reconstruit et annoté par des techniques de calcul automatisées, et analysé pour obtenir des informations préliminaires sur la structure du cortex humain.

La cartographie 3D et la base de données sont consultables gratuitement en ligne. À l’avenir, les chercheurs vont se confronter au problème du stockage de données s’ils souhaitent poursuivre leurs travaux et modéliser, en 3D, le reste du cortex cérébral  humain. À titre d’exemple, le cerveau entier d’un souris pourrait générer près d’un exaoctet (1018 octets) de données.

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