Les cellules du cerveau humain sont capables d’un comportement indépendant et sensible, selon une expérience récente menée par une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Australie.

En travaillant à l’échelle microscopique, l’équipe a pu montrer que des cellules cérébrales vivant dans une boîte de culture peuvent effectuer des tâches dirigées vers un but – dans ce cas, jouer à une version du jeu d’ordinateur Pong, qui ressemble au tennis. L’équipe appelle la culture de cellules cérébrales en boîte de Pong « DishBrain ».

« Nous avons montré que nous pouvons interagir avec des neurones biologiques vivants de manière à les obliger à modifier leur activité, ce qui conduit à quelque chose qui ressemble à l’intelligence », a déclaré Brett Kagan, auteur principal et directeur scientifique de la start-up biotechnologique Cortical Labs, dans un communiqué de presse publié le 12 octobre.

Kagan et des scientifiques australiens, canadiens et britanniques ont créé DishBrain en cultivant des cellules de souris provenant de cerveaux embryonnaires et des cellules de cerveau humain dérivées de cellules souches sur un réseau de microélectrodes. Un réseau de microélectrodes est une surface munie d’électrodes qui peuvent à la fois stimuler les neurones et mesurer les signaux qu’ils émettent.

Pour cette expérience, les scientifiques ont tiré des électrodes à gauche ou à droite d’un réseau pour indiquer à DishBrain de quel côté se trouvait la balle et ont utilisé des signaux de fréquence pour indiquer la distance entre la balle et la palette. Le retour d’information des électrodes a appris à DishBrain comment faire rebondir la balle en faisant en sorte que les neurones agissent comme des palettes. Alors que les scientifiques étaient auparavant capables d’utiliser des réseaux d’électrodes multiples et de lire l’activité des neurones, les chercheurs affirment que c’est la première fois que des cellules cérébrales ont été stimulées de manière structurée et observées en train d’agir de manière significative.

« Nous n’avons jamais été en mesure de voir comment les cellules agissent dans un environnement virtuel », a déclaré Kagan. « Nous avons réussi à construire un environnement en boucle fermée qui peut lire ce qui se passe dans les cellules, les stimuler avec des informations significatives, puis modifier les cellules de manière interactive afin qu’elles puissent réellement se modifier les unes les autres. »

Comme l’équipe n’avait aucun moyen d’inciter les cellules à effectuer les tâches qu’elle souhaitait – sans accès aux systèmes de dopamine, elle ne pouvait pas développer une stratégie de récompense – elle a dû compter sur la capacité théorique des cellules à répondre à l’énergie imprévisible de leur environnement.

« De façon remarquable, les cultures ont appris à rendre leur monde plus prévisible en agissant sur celui-ci », a déclaré le co-auteur Karl Friston, un neuroscientifique théorique de l’University College London, dans le même communiqué de presse. « C’est remarquable car on ne peut pas enseigner ce type d’auto-organisation, tout simplement parce que, contrairement à un animal de compagnie, ces mini-cerveaux n’ont aucun sens de la récompense et de la punition. »

SUIVANT : FAIRE BOIRE LES CELLULES

Ayant démontré que la technique fonctionne, Kagan, Friston et leurs collègues espèrent créer une alternative à l’expérimentation animale que les scientifiques pourront utiliser pour étudier les effets de nouveaux médicaments ou de thérapies géniques sur le cerveau. Leur prochaine étape consiste à voir ce qui se passe lorsque DishBrain est affecté par des médicaments et de l’alcool.

Nous essayons de créer une courbe dose-réponse avec l’éthanol – en gros, les rendre « ivres » et voir s’ils jouent moins bien au jeu, tout comme lorsque les gens boivent », a déclaré Kagan.

« Le potentiel translationnel de ce travail est vraiment passionnant… Nous disposons maintenant, en principe, de l’ultime « bac à sable » biomimétique dans lequel nous pouvons tester les effets des médicaments et des variantes génétiques – un bac à sable constitué exactement des mêmes éléments informatiques (neuronaux) que l’on trouve dans votre cerveau et le mien. »