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Blue Brain Project (BBP)

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Objectifs

Blue Brain est une initiative de recherche sur le cerveau, menée par son fondateur et directeur, le Professeur Henry Markram.

Fondé en 2005 au sein du Brain Mind Institute de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, le Blue Brain se fixe pour objectif de produire des reconstitutions et simulations numériques précises et biologiquement détaillées du cerveau du rat et de la souris et, à terme, du cerveau humain.

L’étape de la simulation synthétise les travaux théoriques et expérimentaux précédent et guide les projets subséquents. Cette phase est indicative de l’atteinte d’un degré de maturation supérieur dans  de nombreux domaines scientifiques (physique, astrophysique, chimie, science des matériaux) et de l'ingénierie (automobile, aéronautique, énergie, armes nucléaires, fabrication, etc.). Le Blue Brain un acteur de premier plan dans ce processus visant à mettre au premier plan le rôle de la simulation dans le cadre des neurosciences.

Les Neurosciences Computationnelles – le domaine des neurosciences voué à la modélisation et à la simulation – est fondamentale pour réussir à comprendre le cerveau dans toute sa complexité. Cela requiert l’intégration d’un large éventail de données multi-modales, provenant de différentes échelles temporelles et spatiales, un défi qui représente le plus important problème de ‘Big Data’ à ce jour. Le cerveau humain contient un nombre considérable d’éléments (20'000 gènes, potentiellement > 200.000 protéines différentes, plus d'un milliard de molécules dans une seule cellule, environ 100 milliards de neurones, 1000 trillions de synapses et plus de 800 régions cérébrales différentes), et celui-ci change au fur et à mesure qu’il se développe, mûrit et vieillit. Le cerveau change également en fonction de ce que nous vivons et de ce que nous mangeons. Chaque cerveau est différent ; chaque espèce a un cerveau différent et à chaque étape de la vie le cerveau est exposé à un ensemble de maladies différentes. Aucune théorie ou expérience ne peuvent tenir compte de l’ensemble de ces facteurs et de leurs interactions.

Réunir tous ces éléments au sein d’une simulation détaillée est la meilleure approche pour comprendre le cerveau et ses dysfonctionnements. L’élaboration de simulations à grande échelle du cerveau, telles que réalisées dans le cadre du Blue Brain Project, vise à réunir tous ces éléments afin de comprendre les mécanismes en jeux dans le fonctionnement du cerveau à différents niveaux d’organisation, jusqu’au niveau de la cognition.

Par conséquent, les simulations effectuées sur supercalculateurs et les reconstructions réalisées par Blue Brain offrent une approche radicalement nouvelle pour comprendre la structure et les fonctions du cerveau, à toutes ces échelles.

Principaux résultats

Depuis son lancement en 2005, Blue Brain a publié plus de 100 articles scientifiques évalués par des pairs dans des revues internationales.

En 2015, Blue Brain a franchi une étape majeure qui démontre la force de son approche, avec la publication de la plus grande étude de neuroscience jamais publiée à ce jour. La première version d’une reconstruction numérique de microcircuits néocorticaux par Blue Brain (Markram et al., 2015), prouve qu’il est possible de construire et simuler une copie numérique d’une partie du cerveau, et prouve qu’un projet de grande envergure impliquant des équipes multidisciplinaires est possible en neuroscience (82 scientifiques ont contribué à cette étude).

L’article, paru dans le journal Cell, est à ce jour la description la plus complète d’un microcircuit neuronal. Il fournit une carte numérique complète de toutes les cellules et synapses d’un bloc de tissu neuronal, et décrit des expérimentation simulées qui reproduisent un ensemble d’expériementations in vivo effectuées antérieurement (études sur un organisme entier et vivant, non sur un organisme partiel ou mort), sans qu’aucun des paramètres du modèle n’ait à être adapté. En d'autres termes, une copie numérique d'une partie du cerveau se comporte de la même manière une partie réelle du cerveau.

Le progrès le plus significatif de cette étude consiste en une nouvelle méthode scientifique. Elle prouve qu'il n'est pas nécessaire de tout mesurer pour déduire et reconstruire les moindres détails du cerveau. C'est l'avancée scientifique qui rend, en principe, possible la reconstruction du cerveau humain, même s’il n’est pas possible d’en mesurer tous les aspects.

Prochaines étapes

En s'appuyant sur ces résultats concluants, le Blue Brain s’est fixé un triple objectif pour la prochaine phase : la science, la recherche translationnelle et la diffusion des connaissances.

Science - construire de plus grandes zones du cerveau (le néocortex et sa région de stimulation, le thalamus) et à une plus haute résolution (à l’échelle des molécules présentes dans chaque cellule). En appliquant cette méthode au cerveau des souris, nous pouvons comprendre comment construire le cerveau humain à partir d’un minimum de données.

Recherche translationnelle - s'appuyer sur les capacités de recherche existantes de Blue Brain et conduire la recherche translationnelle, en se concentrant sur les applications concrètes pour le traitement des troubles neurologiques, ainsi que l’avancées des neurotechnologies et de l’apprentissage automatique (permettant aux machines d’apprendre sans avoir été spécifiquement programmés). Blue Brain va lancer 1 à 2 entreprises dérivées dans les quatre prochaines années.

Diffusion des connaissances - poursuivre la collaboration avec toute la communauté scientifique en offrant des outils et des modèles libre d’accès à travers des plateformes du Human Brain Project, avec pour objectif d’initier une collaboration commune sur la reconstruction et la simulation de modèles biologiquement détaillés du cerveau.