Cartographier le cerveau de nos ancêtres : le projet EndoMap

Porté par Caroline Fonta (Centre de recherche cerveau et cognition, CNRS/Université Toulouse 3) et Amélie Beaudet (PALEVOPRIM, CNRS/Université de Poitiers), EndoMap a reçu le soutien financier du programme PROTEA (Partenariat Hubert Curien France-Afrique du Sud) mis en œuvre par le Ministère de l’Europe et des Affaires étrangères (MEAE), le Ministère de l’Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (MESR), et la National Research Foundation d’Afrique du Sud. Sur l'aspect mathématiques appliquées, l'équipe compte également Laurent Risser, ingénieur de recherche à l’Institut de Mathématiques à Toulouse (CNRS/Institut national des sciences appliquées de Toulouse/Université Toulouse Paul Sabatier). Avec plus de 20 ans d’expérience sur le développement de méthodologies à la frontière des mathématiques et de l’informatique en analyse d’image, il s’intéresse depuis 5 ans à l’apprentissage automatique, en particulier au contrôle et à l’explicabilité de biais algorithmiques dans les réseaux de neurones.

Les os du crâne des représentants fossiles de notre lignée renferment-ils les seules informations directes sur le cerveau de nos ancêtres ?

Les scientifiques à l’origine du site Endomap ont ainsi analysé le moulage interne de la boîte crânienne (endocrâne), qui conserve des empreintes des sillons du cortex cérébral souvent utilisés pour délimiter les aires anatomiques et fonctionnelles du cerveau. Jusqu’à présent, l’étude de ces empreintes reposait essentiellement sur l’observation à l’œil nu des restes crâniens. Afin d’apporter une dimension quantitative et statistique à la description des endocrânes fossiles et à leurs interprétations, une nouvelle approche analytique a été développée. Une série de crânes humains actuels de la Pretoria Bone Collection de l’Université de Pretoria en Afrique du Sud a été scannée par micro-tomographie à rayons-X à haute résolution (environ 100 µm) (étapes 1 et 2 sur la figure). A partir de ces scans, des endocrânes virtuels ont été générés (étape 3) et soumis à un algorithme capable de détecter automatiquement les empreintes laissées par les sillons du cortex cérébral qui sont ensuite identifiés (étape 4). Enfin, grâce à des outils mathématiques et statistiques, des cartes de densité qui documentent la variabilité de la distribution spatiale des sillons corticaux au sein de l’échantillon actuel ont été réalisées (étape 5). Ces cartes renseignent sur la localisation précise et l’étendue des régions de l’endocrâne où pourront être identifiées des aires d’intérêt, comme par exemple l’aire de Broca liée au langage. Ces cartographies sont mises à disposition sur le site internet.

A l’aide de ces outils et des derniers développements en intelligence artificielle, l’équipe d’EndoMap cherche à documenter les grandes étapes de l’évolution de notre cerveau à un niveau de détails et de fiabilité jamais encore atteint à l’aide des cartes de densités établies pour les primates actuels (étape 6).