« 1 pétaoctet ! Ça vous parle ? » Ce serait la capacité de stockage de notre cerveau. Ce chiffre représente une « véritable bombe en neurosciences » annonce Terry Sejnowski, co-auteur principal de l’étude publiée dans eLife. En effet, il est 10 fois supérieur aux estimations précédentes. Concrètement, cela représente 1000 fois la capacité d’un disque dur actuel. Plus encore, notre cerveau serait moins énergivore que ce dernier. Mais comment notre cerveau peut-il fonctionner à pleine puissance avec peu d’énergie ?

Mesurer la quantité d’informations que peut stocker notre cerveau peut sembler ardu. Pourtant, l’équipe de l’Institut Salk à San Diego y est parvenue. Grâce à l’analyse de tissus cérébraux de rats, elle a pu reproduire en 3D une infime partie de l’hippocampe, une zone impliquée dans la mémoire. Nos souvenirs et nos pensées sont le résultat de schémas de l’activité électrique et chimique dans notre cerveau. L’élément clé de cette activité a lieu quand l’axone (la « tête ») d’un neurone envoie l’information à la dendrite (la « queue ») d’un autre neurone qui la reçoit sur l’un de ses nombreux diverticules, ses épines dendritiques. Et ce sont elles qui, à travers ces points de contacts (les synapses) vont permettre, via les neurotransmetteurs, la transmission du signal nerveux, de nature électrique. Chaque neurone peut avoir des milliers de synapses avec des milliers d’autres neurones. De plus, cette force synaptique peut être plus ou moins puissante.

A partir de leur micro-volume en 3D (un cube de 6 microns de côté), Terry Sejnowski et son équipe ont pu étudier très précisément les synapses et ils ont pu observer une activité inhabituelle pour 10 % des connexions synaptiques : un axone peut se connecter deux fois, voire plus, à une même dendrite. Cela signifie tout simplement qu’un neurone peur envoyer plusieurs messages à un deuxième neurone. Mais nous n’en sommes qu’au premier grand résultat de cette recherche… Tom Bartol, l’un des membres de l’équipe a eu l’idée d’utiliser la microscopie de pointe et des algorithmes très élaborés pour optimiser la reconstitution des connectivités neuronales à un niveau nanomoléculaire ; ceci afin de voir s’il y avait une différence de taille entre les différentes synapses utilisées par un même neurone.

Il faut savoir que la force synaptique peut s’estimer à son volume, qui provient de la quantité de neurotransmetteurs et de la surface de contact. Ce volume peut varier d’un facteur 60, selon la quantité d’informations transmises. C’est ce que les scientifiques appellent la force synaptique, qui peut se traduire en octet (la même unité que celle de la mémoire des ordinateurs). Habituellement, les synapses sont répertoriées en 3 catégories (forces) : petites, moyennes et grandes. Or, les auteures de cette recherche en ont découvert 26 ! Ainsi, le stockage d’informations est bien plus efficace qu’on ne pouvait l’imaginer. Pour faire une comparaison en termes informatiques, 26 tailles de synapses correspondent à environ 4,7 bits d’informations. Auparavant, on estimait à seulement 1 à 2 bits la quantité d’informations contenue dans une synapse. Voilà comment on arrive à ce fameux chiffre de 1 pétaoctet pour notre cerveau entier !

Les chercheurs ont aussi pu mettre en évidence la variabilité et l’ajustement des forces synaptiques. Toutes les 2 à 20 minutes, nos synapses augmentent ou réduisent leur taille, en fonction du signal qu’elles reçoivent ; pouvant transporter plus d’informations et décupler ainsi notre mémoire. Environ 1500 transmissions provoquent un rétrécissement du volume en 20 minutes et seuls quelques centaines de signaux conduisent à une augmentation du volume en 2 minutes. Cette capacité du cerveau, associée au fait qu’à l’âge adulte, il génère une puissance continue d’environ 20 Watts seulement (l’équivalent d’une ampoule basse consommation), explique qu’il peut stocker des informations très nombreuses, très précises tout en dépensant peu d’énergie.

Après le cerveau « écolo », à quand l’ordinateur moins énergivore ?