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Lettre de l'Institut
Sommaire n°10 année 2008
Articles extraits du rapport d'activités adopté par l'Assemblée générale ordinaire du 15 avril 2008.
 Insertion des personnes handicapées  Éthique et technique
 Cerveaux et machines  Intelligence économique
 Traitement de l'information dans les systèmes complexes  Risques et complexité
 
Cerveaux et Machines (CEM)


par le Pr Vincent Bloch, professeur émérite de neurosciences, Université de Paris-Sud (Paris XI)

Le calendrier habituel a été quelque peu bousculé en 2007, mais notre groupe a pu tenir quatre réunions très animées dont une sous la forme d’une mémorable visite-conférence dans les locaux tout neufs de l’Institut " Neurospin" du CEA à Saclay.

La première séance, tenue au début février, a été animée par Christian Giaume, directeur de recherches au CNRS (Collège de France) avec comme thème : « Le tissu glial, un deuxième cerveau ? ».

Les cellules qui composent ce tissu sont beaucoup plus nombreuses que les neurones et à la différence de ceux-ci, elles se reproduisent tout au long de la vie. Leur nom (glie signifie « colle ») est dû à la croyance qu’elles avaient pour fonction d’assurer seulement le soutien et la cohésion des réseaux de neurones. On découvrit ensuite qu’elles apportaient un soutien métabolique et trophique aux neurones et enfin que leur intervention était essentielle au cours du développement.

Les recherches actuelles de l’équipe de Christian Giaume permettent aussi de considérer les plus nombreuses de ces cellules, les astrocytes, comme des éléments régulateurs de l’activité cérébrale, car elles communiquent entre elles par des variations de polarisation à des points spécialisés de leur membrane. Elles sont organisées en véritables réseaux au sein desquels circulent des vagues d’activation. Ces vagues peuvent induire des réponses de neurones voisins ou même faire communiquer des réseaux neuronaux distants en contrôlant leur activité, et aussi leur survie lors des processus neurodégénératifs. Enfin le blocage expérimental de ces activités gliales reproduit certaines étapes initiales de la maladie d’Alzheimer, ce qui laisse entrevoir de nouvelles formes de stratégie thérapeutique.

Un deuxième cerveau ? Sans doute pas, mais ce nouveau regard sur une voie alternative de transmission des informations amène à reformuler les modèles du fonctionnement cérébral.

La séance suivante fut exceptionnelle puisqu’elle a eu lieu dans les locaux de « Neurospin », le centre de Neuro-imagerie en champ intense du CEA. Là son directeur, Denis Le Bihan, de l’Académie des Sciences, avait accepté, avant la
visite des installations, de traiter de « L’eau, molécule de l’esprit ?».

Notre hôte, nous le savons, fut un pionnier dans l’utilisation de l’IRM pour l’étude en temps réel de l’activité du cerveau. Cette technique est fondée sur la détection de la libération par l’hémoglobine de l’oxygène réclamé par les neurones qui s’activent. Mais, dès 1985, Denis Le Bihan eut l’idée d’appliquer la théorie de la diffusion d’Einstein au mouvement des molécules d’eau dans le cerveau. La vitesse de déplacement (Coefficient de diffusion) de ces molécules dépend de la densité du milieu où ce mouvement s’effectue. Révélés par l’IRM la distribution de ce coefficient donne des images à haute définition. On obtient par exemple des images des fibres nerveuses que l’on peut suivre sur tout leur trajet, et même, observer leur développement chez le nourrisson.

Tout récemment, Denis Le Bihan a rendu l’IRMd, à son tour, fonctionnelle. En effet, l’activation cérébrale provoque une baisse du coefficient de diffusion des molécules d’eau associée à un petit gonflement des neurones quand ils captent l’oxygène. Les images de cette IRMd ont une résolution spatiale et une résolution temporelle beaucoup plus grandes que celles de l’IRM "traditionnelle". C’est donc un merveilleux outil pour la recherche psychophysiologique. Mais l’ambition de « Neurospin» est d’aller plus loin. Sous des champs magnétiques beaucoup plus intenses on pourra changer d’échelle et observerle niveau du neurone et même celui de la molécule ou des gènes.

La visite du magnifique bâtiment qui abrite le Centre nous a permis de voir ces impressionnantes machines de 3Teslas (T) et de 7T pour l’Homme et les préparatifs pour un système de plus de 17T destiné au rongeur et à terme de celui de plus de 11T pour l’homme. Ces machines ont été conçues par les physiciens du CEA.

Ce centre unique au monde se peuple peu à peu de chercheurs et techniciens qui, à terme, formeront une équipe pluridisciplinaire et internationale de cent cinquante personnes.

C’est André Holley, professeur de neurosciences à l'Université Claude Bernard de Lyon, qui a animé la séance de juin en traitant « Le cerveau gourmand. Mécanismes du comportement alimentaire et du plaisir gustatif ».

André Holley n’est pas inconnu au groupe CEM, puisqu’en 1996, alors directeur du programme Cognisciences du CNRS, il était venu nous faire part d’une réflexion historique sur « les sources communes de l’Informatique et des Sciences Cognitives » (publié sous ce titre dans l’ouvrage « Cerveaux et machines » de la collection Institut F. R. Bull).

Il est un spécialiste de grand renom de la psychophysiologie de l’olfaction. Sous le titre d’« Eloge de l’odorat », il avait publié une remarquable synthèse des connaissances sur cette sensibilité moins étudiée que les autres (Odile Jacob, 1999). Il a également fait paraître, chez le même éditeur, « Le cerveau gourmand », sujet dont il nous a entretenu. C’est que, dans ce qu’on appelle le goût, l’odorat intervient pour une bonne part : c’est l’arôme - c’est-à-dire l’odeur engendrée par les aliments - dans la bouche, qui parvient au nez à contre-courant.

André Holley a parlé d’aliments et d’équilibre énergétique, de saveurs et d’arômes - naturels et artificiels - de leur chimie et de leurs cartes cérébrales, de faim et de satiété et de leurs mécanismes, mais aussi du plaisir à manger et de ses bases nerveuses. Il a abordé aussi les problèmes de l’alimentation dans la société moderne, et de l’industrie, dont il s’est toujours préoccupé. Il fut en effet directeur du groupement de recherches CNRS - Industrie des cosmétiques et des parfums - et il vient de quitter la direction du Centre Européen des sciences du Goût, centre financé par le conseil régional de Bourgogne, qui fut fondé par le CNRS en réponse à une proposition de l’industrie alimentaire.

C’est Thierry BAL, directeur de recherches au CNRS, à Gif-sur-Yvette, qui en novembre a abordé, pour la première fois, un thème qui présente un grand intérêt pour « cerveaux et machines », celui de l’interfaçage réunissant l’artificiel et le naturel : « Modulation des messages sensoriels selon les états de vigilance. Modélisation par des circuits hybrides : neurone biologique + machine ».

Les messages sensoriels ne sont pas transmis passivement de la périphérie aux centres nerveux supérieurs. A chaque relais des voies qui les portent, ils subissent des amplifications ou des atténuations en fonction de l’état de vigilance ou de conscience. Thierry Bal s’est consacréà l’étude du dernier relais de la voie visuelle dans le thalamus, sorte de portillon qui filtre les messages en relation avec les états de veille et de sommeil. Afin d’élucider les mécanismes en cause au niveau cellulaire et membranaire, Thierry Bal s’est illustré dans l’utilisation de circuits hybrides, dans lesquels un neurone sensoriel thalamique vivant est connecté à une machine (circuit électronique ou ordinateur, ou les deux). Cette technique lui a permis de retrouver les manifestations électrophysiologiques oscillatoires qui caractérisent les réseaux réels de neurones et d’en manipuler précisément les agents.

C’est un splendide outil d’analyse des mécanismes intimes qui unissent la vigilance et la perception.