CE QUE LE CÂBLAGE DE LA MOUCHE DÉCIDE VRAIMENT

Les scientifiques disposent désormais de schémas de câblage complets, synapse par synapse, de la corde nerveuse de la drosophile adulte : un d’un mâle (MANC), un d’une femelle, et un de tout le système nerveux central d’un mâle (MaleCNS). Des simulations bâties sur ces connectomes reproduisent déjà des réponses sensorielles et une activité rythmique des pattes qui ressemble à la marche.

Mais un modèle qui marche ne prouve pas que son câblage précis compte. Les réseaux d’unités interconnectées oscillent facilement, et des statistiques grossières — combien de connexions a chaque neurone — fixent déjà une bonne part de leur comportement. Isabel Guan, de l’université des sciences et technologies de Hong Kong, et ses collègues de l’université polytechnique de Hong Kong, de l’université technologique de Nanyang et de l’entreprise ZENBOT ont voulu tester quels traits du mouvement des pattes dépendent vraiment du câblage exact.

Le vrai câblage contre des copies brouillées

Ils ont construit des modèles du système moteur des pattes à partir de deux connectomes indépendants : MaleCNS, 10 173 neurones et 462 650 connexions, et MANC, 10 440 neurones et 634 207 connexions. La force des connexions était simplement le nombre de synapses, jamais entraînée. L’entrée passait uniquement par deux neurones descendants, DNg100, dont l’activation déclenche la marche vers l’avant ; la sortie était lue sur les motoneurones regroupés en pools extenseurs et fléchisseurs aux quatre articulations de chaque patte — 20 paires antagonistes.

Chaque réseau réel a été comparé à 30 réseaux brouillés répartis en six familles, chacune conservant davantage de la vraie structure : le nombre de connexions, les connexions entre types cellulaires, le nombre d’entrées et de sorties de chaque neurone, des blocs par patte ou par lignée développementale. Les critères de décision ont été enregistrés avant de voir les résultats, une pratique que les auteurs disent rare en modélisation de connectomes ; et relancer les simulations a reproduit les 4 692 enregistrements de chaque connectome à l’arrondi près.

Le rythme ne coûte rien, la coordination si

• Le rythme est générique. Beaucoup de réseaux brouillés oscillaient aussi bien que les vrais, certains mieux : jusqu’à 0,96 contre 0,70 lors du balayage des paramètres.
• L’alternance est spécifique. Le vrai câblage faisait alterner les pools opposés plus fortement que chacun des réseaux brouillés : un score de 0,312 contre au plus 0,147 dans MaleCNS, et 0,173 contre au plus 0,084 dans MANC.
• L’effet se concentre à l’articulation thorax-coxa, la première des quatre articulations étudiées. Dans MaleCNS, l’état coordonné a tenu pendant les cinq minutes complètes des plus longues simulations.

Un principe vieux de plus d’un siècle

Pourquoi ? Il y a plus d’un siècle, C. S. Sherrington proposait l’innervation réciproque : les voies qui excitent un muscle inhibent son antagoniste. L’équipe a mesuré comment chaque neurone influence les deux pools de chaque paire. Dans les deux connectomes réels, l’indice d’innervation réciproque est nettement positif — 0,48 et 0,38 — et négatif dans tous les réseaux brouillés. De l’influence que les neurones exercent sur les deux pools, 88 % (MaleCNS) et 83 % (MANC) les poussent en sens opposés, contre 16 à 49 % après brouillage. Cela passe par deux voies : des neurones excitateurs qui excitent un pool et, via un interneurone inhibiteur, font taire l’autre ; et des neurones inhibiteurs qui font taire un pool et libèrent l’autre.

Le test décisif a déplacé des entrées prémotrices d’un pool vers son antagoniste en ne changeant l’entrée totale de chaque motoneurone que de 2 à 4 %. La coordination s’est effondrée : le score est tombé vers −0,08 dans MaleCNS, les pools opposés s’activant désormais ensemble, alors que des échanges témoins au sein d’un même pool gardaient près de 90 % du score.

Limites

Ce sont des résultats sur un modèle, pas sur l’animal : pas de corps, pas de retour sensoriel, un seul modèle de neurone, des signes de neurotransmetteurs prédits, et le glutamate traité comme inhibiteur — dans des essais antérieurs où il était traité comme excitateur, l’avantage du vrai câblage disparaissait. Environ un quart des affectations de motoneurones aux articulations sont approximatives, et MANC a reproduit les résultats avec des marges plus faibles. Les auteurs signalent aussi avoir utilisé des assistants d’IA, dont Claude d’Anthropic, pour écrire du code et rédiger le texte.

Leur leçon pour quiconque modélise un système nerveux : tester le câblage sur la coordination, pas sur le rythme, car un réseau brouillé peut tout aussi bien battre la mesure.