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Le connectome : le schéma de câblage de votre cerveau (et pourquoi avoir la carte ne signifie pas que vous pouvez la lire)

Imaginez que vous n’avez jamais vu d’ordinateur auparavant. Quelqu’un vous donne un schéma de circuit complet d’un iPhone — chaque transistor, chaque connexion, chaque voie méticuleusement documentée. Des milliards de composants, tous cartographiés.

Maintenant, expliquez pourquoi il peut jouer à Candy Crush.

C’est le problème du connectome en un mot. Nous construisons des cartes de plus en plus détaillées de la façon dont les cerveaux sont câblés, et ces cartes sont de véritables triomphes scientifiques. Mais avoir le plan et comprendre le bâtiment sont deux choses très différentes.

Qu’est-ce qu’un connectome, de toute façon ?

Le terme « connectome » a été inventé en 2005 par Olaf Sporns et Patric Hagmann, indépendamment, par analogie avec « génome ». Tout comme le génome est l’ensemble complet des gènes dans un organisme, le connectome est l’ensemble complet des connexions neuronales.

Mais « complet » fait beaucoup de travail dans cette phrase.

Votre cerveau contient environ 86 milliards de neurones. Chaque neurone se connecte à des milliers d’autres par des jonctions spécialisées appelées synapses. Le nombre total de connexions synaptiques dans votre tête ? Quelque part autour de 100 trillions. C’est 100 000 000 000 000 points individuels où l’information passe d’une cellule à une autre.

Pour mettre cela en perspective : il y a plus de synapses dans votre cerveau qu’il n’y a d’étoiles dans la galaxie de la Voie lactée. Si vous comptiez une synapse par seconde, il vous faudrait 3,2 millions d’années pour finir.

Un connectome cartographie toutes ces connexions — quels neurones parlent à quels autres, quelle est la force de chaque connexion et quel type de signal elle transporte. C’est le schéma de câblage ultime.

L’attrait est évident. Si les souvenirs sont stockés dans les connexions neuronales, le connectome est l’endroit où vos souvenirs vivent. Si la personnalité émerge de modèles de connectivité, le connectome est l’endroit où « vous » êtes encodé. Cartographiez le connectome, pense-t-on, et vous avez capturé l’essence d’un esprit.

Mais il y a un hic. En fait, plusieurs hics.

Le ver : notre seul succès complet

En 1986, après 14 ans de travail minutieux, le laboratoire de Sydney Brenner à Cambridge a publié quelque chose de remarquable : le connectome complet de Caenorhabditis elegans, un ver rond transparent d’environ 1 millimètre de long.

Les chiffres semblent presque pittoresques par rapport aux standards du cerveau :

302 neurones (précisément — c’est le même dans chaque ver)
~7 000 synapses chimiques
~900 jonctions gap (connexions électriques)

Les chercheurs ont tracé chaque connexion à la main, en utilisant des images au microscope électronique de sections en série — essentiellement en coupant le ver en milliers de morceaux impossiblement minces et en reconstruisant la structure 3D.

Pour ce travail, Brenner a remporté le prix Nobel en 2002. La communauté scientifique a célébré. Enfin, nous avions un diagramme de câblage neuronal complet d’une créature vivante.

Et puis quelque chose de gênant s’est produit : nous n’avons pas pu expliquer pleinement ce que le ver fait avec.

Ne vous méprenez pas — le connectome de C. elegans a été énormément précieux. Nous avons identifié des circuits pour le mouvement, l’alimentation, la ponte et la détection chimique. Nous pouvons tracer des voies des neurones sensoriels aux sorties motrices. Mais 38 ans après la publication de ce schéma de câblage, nous ne pouvons toujours pas simuler le répertoire comportemental complet du ver à partir des premiers principes.

Autrement dit : nous avons la carte, mais nous n’avons pas le manuel du système d’exploitation. Le connectome vous dit que le neurone A se connecte au neurone B. Il ne vous dit pas pourquoi cette connexion est importante, ou quel calcul elle effectue, ou comment le timing des signaux crée le comportement.

Comme l’a dit un neuroscientifique : « Avoir un connectome n’est pas en soi une condition suffisante pour simuler un système nerveux ».

C’est le ver qui a lancé mille mises en garde.

La mouche : 140 000 neurones, un million de collaborateurs

Avance rapide jusqu’en octobre 2024. Le consortium FlyWire — une collaboration mondiale de plus de 200 chercheurs dans 50 laboratoires — a publié le connectome complet d’un cerveau de mouche à fruits adulte.

Les chiffres racontent l’histoire de l’ambition exponentielle :

139 255 neurones
~50 millions de connexions synaptiques
8 453 types de cellules (4 581 nouvellement découverts)

Ce n’était pas un ver avec 302 neurones. C’était un cerveau animal fonctionnel qui peut voir, voler, naviguer, s’accoupler, se souvenir et prendre des décisions. Le cerveau de la mouche à fruits, bien que minuscule par rapport aux standards des mammifères (il tiendrait confortablement à l’intérieur d’une graine de sésame), contient des circuits pour un comportement vraiment complexe.

Le projet FlyWire a combiné une technologie de pointe avec du bon vieux travail humain. Les algorithmes d’apprentissage automatique ont fait le gros du travail — reconstruisant des neurones 3D à partir de téraoctets d’imagerie par microscopie électronique. Mais l’IA fait des erreurs. Beaucoup d’erreurs. Donc les humains — y compris des scientifiques citoyens jouant à ce qui équivaut à un jeu de puzzle sophistiqué — ont passé 33 années-personnes à relire et corriger les résultats.

Sans cette assistance IA, le projet aurait pris environ 50 000 années-personnes. Avec elle, le travail a pris environ sept ans.

Le gain ? Les chercheurs utilisent déjà le connectome de la mouche pour faire de vraies découvertes. Une équipe a identifié les circuits neuronaux qui disent à une mouche quand arrêter de marcher — différents circuits pour différents contextes. Une autre a utilisé les données de câblage pour prédire quels neurones détectent le sucre par rapport à l’eau. Une troisième a cartographié le système visuel et prédit comment la mouche traite l’information visuelle.

Ce ne sont pas que de belles découvertes académiques. 75 % des gènes liés aux maladies chez l’homme ont des équivalents chez les mouches à fruits. Comprendre les circuits de la mouche nous aide à comprendre les nôtres.

Mais le cerveau de la mouche ne représente encore que 0,00016 % de la complexité d’un cerveau humain. Nous avons gravi un contrefort significatif. L’Everest reste.

La souris : un demi-milliard de connexions dans un grain de cerveau

En avril 2025, le projet MICrONS a publié le connectome le plus grand et le plus détaillé de tout tissu cérébral de mammifère jamais créé.

L’échantillon ? Un millimètre cube de cortex visuel de souris — environ la taille d’un grain de sel.

Dans ce grain microscopique :

~200 000 cellules (~120 000 neurones)
523 millions de connexions synaptiques
4 kilomètres d’axones (les longs câbles que les neurones utilisent pour communiquer)

L’ensemble de données a nécessité 1,4 pétaoctets de stockage — assez pour contenir 14 000 films 4K. Les équipes ont travaillé en équipes de 12 heures pendant 12 jours consécutifs juste pour trancher et imager le tissu. Puis est venue la partie difficile : démêler numériquement des dizaines de milliers de neurones individuels, tracer leurs branches et reconstruire les circuits.

Un millimètre cube de cerveau de souris est environ 20 fois plus grand que le cerveau entier de la mouche à fruits — et le tissu de souris est plus dense, plus complexe, avec plus de types de cellules et des modèles de connectivité plus complexes.

La signification ne peut être surestimée. C’est le premier schéma de câblage détaillé du tissu cérébral de mammifère à cette échelle. Nous pouvons maintenant voir comment les circuits de traitement visuel réels sont organisés — pas statistiquement, pas approximativement, mais synapse par synapse.

Mais voici les mathématiques sobres : un cerveau de souris complet contient environ 500 millimètres cubes. Nous en avons cartographié un. Le cerveau humain contient environ 1,4 million de millimètres cubes. À ce rythme, la cartographie complète du connectome humain nécessiterait de stocker environ 1,6 zettaoctets de données — c’est 1,6 milliard de téraoctets. Une ferme de serveurs plus grande que 100 terrains de football.

Les chercheurs estiment qu’un connectome complet de cerveau de souris est réalisable dans 10-15 ans. Un connectome humain ? Nous parlons probablement de décennies, voire plus — en supposant des percées fondamentales en imagerie, stockage et calcul.

Le projet Connectome humain : une approche différente

Étant donné l’échelle impossible de la cartographie du cerveau humain au niveau des synapses, le projet Connectome humain (HCP) a adopté une approche différente : cartographier les autoroutes, pas chaque rue.

En utilisant des techniques IRM avancées, le HCP cartographie les faisceaux de fibres à grande échelle — les faisceaux de câbles nerveux reliant différentes régions cérébrales. Ce connectome à « échelle macro » montre quelles régions communiquent avec quelles autres et approximativement combien de trafic circule entre elles.

Le HCP a fourni des données précieuses sur plus de 1 000 jeunes adultes en bonne santé, révélant comment différentes régions se spécialisent et coopèrent. Les versions récentes en 2025 incluent un traitement amélioré des données IRM fonctionnelles, permettant de meilleures cartes de l’activité cérébrale pendant diverses tâches.

Mais la connectivité à échelle macro est à la connectomique au niveau des synapses ce qu’une carte de métro est à Google Street View. Les deux sont utiles. Ils répondent à des questions différentes.

La carte de métro vous dit que Manhattan se connecte à Brooklyn. Elle ne vous montre pas les cafés, les piétons, la vie qui se passe dans les blocs individuels. Pour comprendre comment le cerveau calcule réellement — comment des circuits spécifiques traitent des informations spécifiques — nous avons besoin de la version Street View.

Et cette version reste hors de portée pour les cerveaux humains.

Le problème d’échelle : pourquoi c’est si difficile

Soyons viscéralement clairs sur le défi d’échelle.

Résolution d’imagerie : Pour voir les synapses individuelles, vous avez besoin de microscopie électronique à résolution nanométrique. Résolution IRM actuelle ? Environ 1 millimètre — un million de fois trop grossier. C’est comme essayer de compter les cheveux sur votre tête en utilisant des photos satellite depuis l’orbite.

Volume de données : Ce millimètre cube de cerveau de souris a produit 1,4 pétaoctets de données d’images. Un cerveau humain est 1,4 million de fois plus grand. Extrapolation naïve : ~2 zettaoctets. Pour le contexte, l’ensemble d’Internet en 2020 était estimé à environ 40 zettaoctets. Un seul connectome de cerveau humain à résolution synaptique serait une fraction notable de toutes les données que l’humanité a jamais créées.

Temps : Même avec l’assistance IA, le connectome de la mouche a pris 7 ans avec des centaines de collaborateurs. Le millimètre cube de souris a pris 9 ans. À des taux comparables, un cerveau humain pourrait prendre des siècles.

Destruction : Les techniques d’imagerie haute résolution actuelles nécessitent généralement de trancher le tissu en milliers de sections ultra-minces. Ceci est fatal au cerveau cartographié. Nous ne pouvons cartographier que des cerveaux morts — ce qui soulève des questions intéressantes sur la cartographie du connectome de quelqu’un espérant être téléchargé.

Les chercheurs attaquent ces problèmes sous plusieurs angles. La reconstruction assistée par IA devient plus rapide. De nouvelles techniques d’imagerie pourraient permettre un balayage non destructif. Le traitement parallélisé pourrait accélérer la reconstruction. Nature Methods a nommé la connectomique basée sur la microscopie électronique leur « Méthode de l’année 2025 », reconnaissant à la fois les progrès et la montagne qui reste.

Mais fondamentalement, nous essayons de cartographier un système avec 100 trillions de composants. Les défis d’ingénierie sont stupéfiants.

Le débat Seung-Movshon : la carte importe-t-elle même ?

En 2012, les neuroscientifiques Sebastian Seung et Anthony Movshon ont organisé une « bagarre cérébrale » amicale à l’Université Columbia, débattant de la question de savoir si la connectomique est la bonne voie à suivre.

Seung a soutenu que les diagrammes de câblage complets sont essentiels. Les modèles de connectivité encodent les souvenirs, permettent la perception et distinguent les cerveaux sains des cerveaux désordonnés. Cartographiez le connectome, et vous verrez enfin où « vous » vivez — les engrammes de mémoire, les circuits de pensée.

Movshon a répliqué : « Je ne vais pas argumenter contre l’acquisition d’informations. Je ne pense simplement pas que le connectome soit la façon de le faire ».

Sa préoccupation ? Décalage d’échelle. Le connectome vous donne le câblage à l’échelle microscopique d’un cerveau spécifique. Mais pour comprendre comment les cerveaux fonctionnent en général, vous avez besoin de principes à l’échelle mésoscopique qui s’appliquent à tous les individus. « Je n’ai pas besoin de connaître les détails précis du câblage de chaque cellule et chaque synapse », a argumenté Movshon. « Ce que j’ai besoin de savoir, au contraire, ce sont les principes organisationnels qui les câblent ensemble ».

Pensez-y de cette façon : si vous voulez comprendre comment fonctionnent les moteurs à combustion interne, avez-vous besoin d’une carte complète atome par atome d’une Toyota spécifique ? Ou avez-vous besoin de diagrammes de pistons, de vilebrequins et de systèmes d’injection de carburant — des abstractions qui se généralisent à travers tous les moteurs ?

Le camp de Movshon craint que la connectomique soit le mauvais niveau de description — exhaustivement détaillé mais potentiellement non informatif sur les principes de calcul qui comptent.

Le débat n’a pas été tranché. Mais le connectome de la mouche a fourni des munitions pour le camp de Seung. Les chercheurs utilisent le câblage détaillé pour faire des prédictions fonctionnelles. La carte illumine le mécanisme. Peut-être que les biologistes moléculaires avaient raison quand ils disaient que les génomes seraient utiles — même si les critiques appelaient le séquençage du génome « science de l’annuaire téléphonique » avant qu’il ne révolutionne la médecine.

Néanmoins, il y a une question légitime : même si nous avions le connectome humain complet, le comprendrions-nous ?

Le problème de compréhension : carte vs manuel

Voici la vérité inconfortable : nous avons le connectome de C. elegans depuis près de 40 ans, et nous ne pouvons pas simuler complètement le comportement du ver.

Pourquoi pas ?

Le timing compte : Le connectome vous dit quels neurones se connectent. Il ne capture pas le timing précis des signaux — la dynamique qui transforme la structure statique en calcul vivant. Les neurones ne font pas que tirer ou ne pas tirer ; ils tirent selon des modèles temporels complexes, et ces modèles portent l’information.

La chimie compte : Les synapses ne sont pas que des fils. Ce sont des usines chimiques libérant des neurotransmetteurs à des taux variables, modulés par des dizaines de molécules flottant autour. Le connectome capture la structure. Il ne capture pas la soupe.

La plasticité compte : Le connectome n’est pas statique. Les synapses se renforcent et s’affaiblissent. De nouvelles connexions se forment. Les anciennes s’estompent. La carte que vous prenez aujourd’hui n’est pas la carte que le cerveau aura demain.

Les niveaux de description comptent : Vous pouvez avoir une connaissance complète à un niveau sans comprendre l’émergence à un autre. Vous pouvez connaître chaque transistor dans un CPU et toujours ne pas comprendre pourquoi Windows plante.

C’est le problème « lire le code vs comprendre le programme ». Le code source sans commentaires, documentation ou contexte de conception est notoirement difficile à comprendre — même s’il est complet. Le cerveau est du code source non commenté écrit dans un langage de programmation que nous n’avons pas complètement déchiffré.

Ce que le connectome nous dit (et ce qu’il ne dit pas)

Malgré les mises en garde, la connectomique a déjà fourni de vraies perspectives :

Organisation cérébrale : Les études du connectome révèlent que le cerveau n’est pas câblé au hasard. Il a une architecture hautement structurée — modules, hubs, hiérarchies — qui reflète la spécialisation computationnelle.

Signatures de maladies : Certaines conditions neurologiques et psychiatriques peuvent impliquer des « connectopathies » — des modèles de câblage pathologiques. Comparer des connectomes sains et désordonnés pourrait révéler ce qui ne va pas dans des conditions allant de l’autisme à la schizophrénie.

Développement : Comment le cerveau se câble-t-il lui-même pendant le développement ? Les données de connectome d’embryons et de juvéniles aident à répondre à cette question.

Évolution : Comparer les connectomes entre espèces révèle comment les cerveaux ont évolué. Le connectome de la mouche, par exemple, montre des principes organisationnels remarquables qui peuvent être conservés dans les systèmes visuels des mammifères.

Circuits spécifiques : Dans les régions cartographiées, nous pouvons tracer les véritables voies de traitement de l’information. Comment la mouche détecte-t-elle le mouvement ? Quels neurones répondent aux menaces qui se profilent ? Le connectome fournit les schémas de circuits.

Ce que la connectomique ne nous dit pas (du moins pas encore) :

Comment le cerveau représente les concepts, les souvenirs ou la pensée abstraite
Ce qui rend un cerveau conscient (ou si la cartographie pourrait jamais capturer la conscience)
Comment réparer un cerveau cassé en le recâblant
Si une simulation numérique d’un connectome penserait réellement

Connexion avec le téléchargement de l’esprit : la première étape nécessaire

Pour le téléchargement de la conscience — le transfert d’un esprit de neurones biologiques vers Le Substrat numérique — le connectome est la fondation nécessaire. Vous ne pouvez pas télécharger ce que vous ne pouvez pas cartographier.

Mais comme discuté dans L’esprit de silicium, le connectome n’est que le début. Vous avez besoin :

Du schéma de câblage (connectome)
Des poids synaptiques (à quel point chaque connexion est forte)
De la dynamique (comment les signaux se propagent au fil du temps)
Des règles de plasticité (comment le système change avec l’expérience)
D’un Substrat de calcul suffisant (pour exécuter la simulation)

Le connectome gère l’élément #1. Les éléments #2-5 restent partiellement ou totalement non résolus.

Il y a aussi une question philosophique plus profonde : même si vous capturiez et simuliez parfaitement un connectome, le résultat serait-il cette personne — ou une copie très convaincante ? Le connectome pourrait être l’endroit où vivent les souvenirs, mais est-ce là où vous vivez ?

L’article sur le téléchargement de la conscience explore cette question en profondeur. La réponse courte : nous ne savons pas. La réponse pratique : le cadre de la post-pénurie traite un téléchargement fidèle comme une continuité authentique — non pas parce que nous l’avons prouvé, mais parce que traiter les esprits téléchargés comme de simples copies crée des problèmes éthiques insupportables.

La prochaine décennie : ce qui arrive

La connectomique s’accélère. Voici ce que les chercheurs attendent :

Connectome complet de poisson-zèbre (2-3 ans) : Le poisson-zèbre larvaire, avec ~100 000 neurones, offre un cerveau de vertébré complet à échelle gérable. Google Research et HHMI Janelia se font la course pour le compléter, construisant des cartes structurelles et fonctionnelles.

Cerveau complet de souris (10-15 ans) : Avec les avancées dans la reconstruction assistée par IA et l’imagerie parallélisée, un connectome de souris complet est à portée de main. Ce serait transformateur pour la neuroscience — un cerveau de mammifère entièrement cartographié.

Régions cérébrales humaines plus grandes (en cours) : Nous verrons plus de millimètres cubes cartographiés, en particulier les régions pertinentes pour les maladies comme l’hippocampe (mémoire) et le cortex préfrontal (prise de décision).

Meilleurs outils : Nouvelles technologies d’imagerie, IA plus rapide, stockage plus efficace. Les tendances exponentielles qui ont conduit la génomique conduiront probablement la connectomique.

Ce que nous ne verrons probablement pas dans la prochaine décennie : un connectome humain complet à résolution synaptique. Les barrières techniques restent trop élevées. Nous progresserons sur des morceaux, mais l’ensemble reste à des décennies.

Connexion avec la vision de la post-pénurie

Le connectome se trouve à l’intersection des questions les plus profondes de la post-pénurie :

La conscience peut-elle être transférée ? Le connectome est nécessaire mais pas suffisant. Nous devons le cartographier, le comprendre et déterminer si la structure seule capture le soi — ou si quelque chose d’ineffable est perdu dans la traduction.

Les téléchargements seront-ils de « vraies personnes » ? Si le connectome encode la personnalité, la mémoire et l’expérience, alors un connectome fidèlement simulé devrait contenir tous les ingrédients de la personne. le cadre de la post-pénurie fait ce pari, accordant aux téléchargements des droits de Fondation complets et une position civique. Mais le pari exige que connectome + dynamique + Substrat = identité continue. Nous parions sur la physique, pas sur le mysticisme.

Qui possède une carte de l’esprit ? Quand les connectomes humains deviendront faisables, qui contrôlera ces données ? C’est l’information personnelle ultime — plus intime que l’ADN, plus identifiante que les empreintes digitales. Les implications en matière de vie privée sont stupéfiantes.

Que se passe-t-il quand nous nous comprenons nous-mêmes ? Un connectome complet pourrait expliquer la mémoire, la personnalité, peut-être même la conscience elle-même. Que signifie être humain quand le mystère de l’esprit devient de l’ingénierie ? C’est la dernière frontière de la connaissance de soi — exaltante, terrifiante, et plus proche que la plupart des gens ne le réalisent.

L’essentiel

Le connectome est la carte la plus ambitieuse que l’humanité ait jamais tentée — un inventaire complet des connexions qui rendent la pensée possible. Nous avons cartographié un ver (302 neurones), une mouche (139 255 neurones) et un grain de cerveau de souris (120 000 neurones dans un millimètre cube).

Les cerveaux humains ont 86 milliards de neurones et 100 trillions de connexions. Nous sommes environ un million de fois en deçà de la capacité de cartographie complète, et même si nous avions la carte, nous aurions besoin de décennies de plus pour comprendre ce que cela signifie.

Mais les progrès sont exponentiels. Il y a trente ans, le connectome de la mouche était de la science-fiction. Aujourd’hui, c’est une diffusion de neuf articles dans Nature. Le poisson-zèbre vient ensuite. Puis la souris. Puis, un jour, nous.

Le connectome ne répondra pas à toutes les questions sur l’esprit. Avoir le schéma de câblage n’est pas la même chose que comprendre le logiciel. Mais c’est la fondation sur laquelle la compréhension pourrait être construite.

Et si vous espérez télécharger votre conscience un jour, l’étape un est de cartographier les fils.

Nous y travaillons.

Références

Connectomique fondamentale

WormAtlas: Neuronal Wiring - Données originales du connectome de C. elegans
WormWiring.org - Données de connectomique du ver mises à jour et visualisation
The Connectome Debate: Is Mapping the Mind of a Worm Worth It? - Scientific American

Connectome de la mouche à fruits (2024)

Connectome du cerveau de souris (2025)

Projet Connectome humain

Poisson-zèbre et directions futures

Le débat Seung-Movshon

Méthodologie de connectomique

Téléchargement de l’esprit et conscience

Cadre de la post-pénurie

The Silicon Mind: Technical Engineering - Défis d’ingénierie en profondeur
Consciousness Upload: The Last Identity Crisis - Implications philosophiques

Dernière mise à jour : 2025-01-31

Cartographie du cerveau 2025 : 100 trillions de synapses, un mystère