Comment la science moderne grand public étudie-t-elle le cerveau ?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Il n'y a pas si longtemps, selon les normes historiques, le cerveau était décrit comme une "boîte noire", dont les processus à l'intérieur restaient un mystère. Les avancées scientifiques récentes ne nous permettent plus de le déclarer aussi catégoriquement. Cependant, il y a encore beaucoup plus de questions que de réponses sans ambiguïté dans le domaine de la recherche sur le cerveau.

Il est extrêmement difficile de reconnaître dans ce système, qui possède des paramètres numériques cosmiques et est en mouvement constant, des mécanismes qui pourraient être corrélés avec ce que nous appelons la mémoire et la pensée. Parfois, pour cela, vous devez pénétrer directement dans le cerveau. Au sens physique le plus direct.

Quoi qu'en disent les défenseurs de la faune sauvage, personne n'a encore interdit aux chercheurs d'expérimenter sur le cerveau des singes et des rats. Cependant, lorsqu'il s'agit du cerveau humain - un cerveau vivant, bien sûr - les expérimentations sur celui-ci sont pratiquement impossibles pour des raisons de droit et d'éthique. Vous ne pouvez entrer dans la "matière grise" que, comme on dit, pour l'entreprise avec la médecine.

Fils dans ma tête

Une telle opportunité offerte aux chercheurs sur le cerveau était la nécessité d'un traitement chirurgical des cas graves d'épilepsie qui ne répondent pas à la thérapie médicamenteuse. La cause de la maladie est les zones touchées du lobe temporal médian. Ce sont ces zones qu'il faut éliminer par des méthodes de neurochirurgie, mais il faut avant tout les identifier pour, pour ainsi dire, ne pas « couper l'excès ».

Le neurochirurgien américain Yitzhak Fried de l'Université de Californie (Los Angeles) a été l'un des premiers à appliquer la technologie consistant à insérer des électrodes de 1 mm directement dans le cortex cérébral dans les années 1970. Comparées à la taille des cellules nerveuses, les électrodes avaient des dimensions cyclopéennes, mais même un instrument aussi grossier était suffisant pour supprimer le signal électrique moyen d'un certain nombre de neurones (de mille à un million).

En principe, cela suffisait pour atteindre des objectifs purement médicaux, mais à un moment donné, il a été décidé d'améliorer l'instrument. Désormais, l'électrode millimétrique reçoit une extrémité en forme de ramification de huit électrodes plus fines d'un diamètre de 50 µm.

Cela a permis d'augmenter la précision des mesures jusqu'à la fixation du signal à partir de groupes de neurones relativement petits. Des méthodes ont également été développées pour filtrer le signal envoyé par une seule cellule nerveuse du cerveau du bruit "collectif". Tout cela n'a pas été fait à des fins médicales, mais à des fins purement scientifiques.

Qu'est-ce que la plasticité cérébrale ?

La plasticité du cerveau est l'étonnante capacité de notre organe de la pensée à s'adapter aux circonstances changeantes. Si nous apprenons une compétence et entraînons le cerveau de manière intensive, un épaississement apparaît dans la zone du cerveau responsable de cette compétence. Les neurones qui s'y trouvent créent des connexions supplémentaires, consolidant les compétences nouvellement acquises. En cas de lésion d'une partie vitale du cerveau, le cerveau redéveloppe parfois les centres perdus dans la zone intacte.

Neurones nommés

Les objets de recherche étaient les personnes en attente d'une intervention chirurgicale pour l'épilepsie: alors que des électrodes incrustées dans le cortex cérébral lisaient les signaux des neurones pour déterminer avec précision la zone d'intervention chirurgicale, des expériences très intéressantes ont été menées en cours de route. Et ce fut le cas même lorsque les icônes de la culture pop - les stars hollywoodiennes, dont les images sont facilement reconnaissables par la majorité de la population mondiale, ont apporté de réels avantages à la science.

Le collègue d'Yitzhak Frida, médecin et neurophysiologiste, Rodrigo Kian Quiroga, a montré aux sujets sur son ordinateur portable une sélection de visuels bien connus, y compris des personnalités populaires et des structures célèbres telles que l'Opéra de Sydney.

Lorsque ces images ont été montrées, l'activité électrique des neurones individuels a été observée dans le cerveau, et différentes images ont « activé » différentes cellules nerveuses. Par exemple, un « neurone de Jennifer Aniston » a été installé, qui « se déclenchait » chaque fois qu'un portrait de cette actrice romantique apparaissait à l'écran. Quelle que soit la photo qu'Aniston ait montrée au sujet, le neurone "son nom" n'a pas échoué. De plus, cela fonctionnait également lorsque des images de la célèbre série télévisée apparaissaient à l'écran, dans lesquelles l'actrice jouait, même si elle-même n'était pas dans le cadre. Mais à la vue des filles qui ne ressemblaient qu'à Jennifer, le neurone se tut.

Il s'est avéré que la cellule nerveuse étudiée était associée précisément à l'image holistique d'une actrice en particulier, et pas du tout à des éléments individuels de son apparence ou de ses vêtements. Et cette découverte a fourni, si ce n'est une clé, un indice pour comprendre les mécanismes de rétention de la mémoire à long terme dans le cerveau humain.

La seule chose qui nous empêchait d'avancer était les considérations mêmes d'éthique et de droit, qui ont été évoquées plus haut. Les scientifiques ne pouvaient pas placer d'électrodes dans d'autres zones du cerveau, à l'exception de celles qui étaient soumises à des recherches préopératoires, et l'étude elle-même avait un délai médical limité.

Cela a rendu très difficile de trouver une réponse à la question de savoir si le neurone de Jennifer Aniston, de Brad Pitt ou de la Tour Eiffel existe vraiment, ou peut-être qu'à la suite de mesures, les scientifiques sont tombés par hasard sur une seule cellule de tout un réseau. reliés les uns aux autres par des connexions synaptiques, qui sont responsables de la préservation ou de la reconnaissance d'une certaine image.

Jouer avec les images

Quoi qu'il en soit, les expériences se sont poursuivies et Moran Cerf les a rejointes - une personnalité extrêmement polyvalente. Israélien de naissance, il s'est essayé en tant que consultant en affaires, pirate informatique et en même temps instructeur en sécurité informatique, ainsi qu'artiste et auteur de bandes dessinées, écrivain et musicien.

C'est cet homme aux talents dignes de la Renaissance qui entreprit de créer une sorte d'interface neuromachine à partir du neurone de Jennifer Aniston et consorts. Cette fois, 12 patients du Centre Médical nommé d'après V. I. Ronald Reagan à l'Université de Californie. Au cours des études préopératoires, 64 électrodes séparées ont été insérées dans la région du lobe temporal médian. En parallèle, des expérimentations ont commencé.

Le développement des sciences de l'activité nerveuse supérieure promet des perspectives incroyables: les gens pourront mieux se comprendre et faire face à des maux désormais incurables. Le côté moral et légal des expériences sur un cerveau humain vivant reste un problème.

Les gens ont d'abord vu 110 images de thèmes de la culture pop. À la suite de ce premier tour, quatre images ont été sélectionnées, à la vue desquelles l'excitation des neurones dans différentes parties de la zone étudiée du cortex a été clairement enregistrée chez la douzaine de sujets. Ensuite, deux images ont été affichées simultanément sur l'écran, superposées l'une à l'autre, et chacune avait une transparence de 50%, c'est-à-dire que les images brillaient l'une à travers l'autre.

Il a été demandé au sujet d'augmenter mentalement la luminosité de l'une des deux images, afin d'obscurcir son "rival". Dans ce cas, le neurone responsable de l'image sur laquelle était focalisée l'attention du patient produisait un signal électrique plus fort que le neurone associé à la seconde image. Les impulsions étaient fixées par des électrodes, entraient dans le décodeur et se transformaient en un signal qui contrôle la luminosité (ou la transparence) de l'image.

Ainsi, le travail de réflexion était bien suffisant pour qu'une image se mette à « marteler » l'autre. Lorsqu'il a été demandé aux sujets de ne pas intensifier, mais au contraire de rendre l'une des deux images plus pâle, la liaison cerveau-ordinateur a de nouveau fonctionné.

Tête légère

Ce jeu passionnant valait-il la peine de mener des expériences sur des personnes vivantes, en particulier celles ayant de graves problèmes de santé ? Selon les auteurs du projet, cela en valait la peine, car les chercheurs ont non seulement satisfait leurs intérêts scientifiques de nature fondamentale, mais ont également cherché des approches pour résoudre des problèmes assez appliqués.

S'il y a des neurones (ou des faisceaux de neurones) dans le cerveau qui sont excités à la vue de Jennifer Aniston, alors il doit y avoir des cellules cérébrales responsables de concepts et d'images plus essentiels à la vie. Dans les cas où le patient est incapable de parler ou de signaler ses problèmes et ses besoins par des gestes, une connexion directe au cerveau aidera les médecins à connaître les besoins du patient à partir des neurones. De plus, plus les associations seront établies, plus une personne pourra communiquer sur elle-même.

Cependant, une électrode intégrée dans le cerveau, même si elle fait 50 microns de diamètre, est un outil trop grossier pour cibler avec précision un neurone spécifique. Une méthode d'interaction plus subtile est l'optogénétique, qui implique la transformation des cellules nerveuses au niveau génétique.

Ed Boyden et Karl Thessot, qui ont commencé leurs travaux à l'université de Stanford, sont considérés comme faisant partie des pionniers de cette direction. Leur idée était d'agir sur les neurones à l'aide de sources lumineuses miniatures. Pour cela, les cellules doivent bien entendu être rendues sensibles à la lumière.

Étant donné que les manipulations physiques consistant à transplanter des protéines sensibles à la lumière - les opsines - dans des cellules individuelles sont presque impossibles, les chercheurs ont suggéré … d'infecter les neurones avec un virus. C'est ce virus qui va introduire un gène qui synthétise une protéine photosensible dans le génome des cellules.

Cette technologie a plusieurs utilisations potentielles. L'un d'eux est une restauration partielle de la vision dans un œil dont la rétine est endommagée en conférant des propriétés photosensibles aux cellules non photosensibles restantes (il existe des expériences réussies sur des animaux). Recevant des signaux électriques provoqués par la lumière incidente, le cerveau apprendra bientôt à travailler avec eux et à les interpréter comme une image, bien que de qualité inférieure.

Une autre application travaille avec des neurones directement dans le cerveau à l'aide de guides de lumière miniatures. En activant différents neurones dans le cerveau des animaux à l'aide d'un faisceau lumineux, il est possible de retracer les réponses comportementales que ces neurones provoquent. De plus, une intervention "légère" dans le cerveau pourrait avoir une valeur thérapeutique à l'avenir.