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Neurosciences. Cartographier le cerveau. Entre foi et scepticisme
Jean-Paul Baquiast 08/03/2013

Nous avons signalé il y a quelques semaines l'espèce d'enthousiasme qui avaient saisi divers organismes de recherches et leurs tutelles politiques, à l'idée de dresser dans les 10-15 ans à venir, des modèles aussi complets que possible du cerveau humain et de son fonctionnement. Ce fut d'abord le projet européen Human Brain Project qui pourrait bénéficier à terme d'un financement d'1 milliard d'euros. Tout de suite après nous relations que Barack Obama avait annoncé le lancement dans son discours sur l'Etat de l'Union d'un programme voisin, nommé depuis le Brain Activity Map, qui devrait être doté de crédits au moins 3 fois plus importants. Ce dernier avait fait 6 mois plus tôt l'objet d'une présentation dans la revue Neuron

Rappelons que quelques années plus tôt avait été lancé par les NIH le Human Connectome Project visant à analyser à grande échelle les connections neuronales intéressant les cerveaux de 1200 humains volontaires. Voir notre article de septembre 2009 . Le HCP devrait en principe présenter de premiers résultats dans les prochains jours.

Ces trois projets et notamment les deux premiers cités ici ont provoqué un grand intérêt chez les neuroscientifiques et les industries s'intéressant à la modélisation des processus cognitifs et décisionnels cérébraux. Cet enthousiasme tient au fait que des laboratoires civils sont invités dorénavant à participer à des recherches d'une grande ampleur alors qu'ils ne disposaient jusqu'à présent que de crédits très modestes. Ceci en dépit du fait que la prudence règne aujourd'hui concernant l'importance des finances disponibles. La rigueur budgétaire imposée à l'Union européenne comme aux budgets fédéraux américains, sous le nom de séquestration, font craindre beaucoup de retards voir d'annulations.

Restrictions aux ambitions

Quant au fond cependant, les chercheurs ayant un minimum de sens des responsabilités tiennent aujourd'hui à rappeler les limites de tels projets, non seulement pour la simulation des fonctions cérébrales supérieurs, mais même pour la cartographie des aires neuronales.

La première restriction tient à la volonté de ne pas utiliser de techniques invasives. On entend notamment par ce terme le fait d'ouvrir la boite crânienne pour implanter des électrodes dans le cerveau, fussent-elles de taille millimétrique ou inférieure. Même chez de petits animaux, comme le rat et la souris, ces techniques ont une portée très limitée. Elles sont à juste titre considérées comme inacceptables chez les humains, fut-ce à l'occasion de trépanations imposées pour des raisons thérapeutiques.

D'autres techniques, utilisées chez l'animal vivant, consistant à injecter une teinture ou des protéines génétiquement modifiées destinées à signaler l'activité de tel ou tels neurones, par exemple au sein du cortex visuel, comme dans le MindScope project de l'Allen Institute à Seattle (voir l'article de Nature ) sont elles-aussi d'un usage limité.

La seule méthode généralement admise par les neurosciences, consiste à recueillir les traces électriques de l'activité des neurones par l'intermédiaire de capteurs externes. Mais elle est lente, nécessite de puissants moyens de traitement informatique et, là encore, ne donne que des images très partielles des aires cérébrales observées.

Quelles que soient par ailleurs les méthodes, la densité du cerveau est telle, même chez un petit animal, qu'il est difficile d'attribuer à tels neurones déterminés les signaux obtenus. Les microscopes très puissants, nécessaires pour observer au dessous d'une couche de quelques millimètres, n'existent pas encore.

Le cerveau ne se résume pas à quelques millions de neurones

Une seconde restriction, tout aussi déterminante, tient au fait que la simulation des interconnexions et du fonctionnement d'un nombre limité de neurones ne paraît pas susceptibles de faire comprendre le cerveau tout entier, fut-il d'un rat. Le cerveau n'est pas un organe isolé. Il travaille en interconnexion avec un corps, lui-même immergé dans un milieu social plus ou moins complexe. L'ensemble de ce « connectome », pour reprendre ce terme, est pratiquement impossible aujourd'hui à cartographier. Sans cela pourtant la cartographie du cerveau sera de portée limitée.

Nous avons précédemment développés ces objections de type méthodologique, notamment à l'occasion des critiques faites par Alain Cardon à des méthodes centrées sur le cerveau biologique. Mais jusqu'à ce jour, les méthodes alternatives reposant sur des modèles du cerveau en intelligence artificielle, n'ont pas été engagées faute de crédits à l'échelle qui serait nécessaire.

Cela n'interdit pas cependant d'entreprendre la tâche, neurone par neurone et milliseconde par milliseconde, comme annoncent vouloir le faire les plus ambitieux des chercheurs, tel Paul Alivisatos, directeur du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, Miyoung Chun, George M. Church, Karl Deisseroth, John P. Donoghue, Ralph J. Greenspan, Paul L. McEuen, Michael L. Roukes, Terrence J. Sejnowski, Paul S. Weiss et Rafael Yuste. Ils viennent de publier dans Science un article en ce sens, auquel nous renvoyons le lecteur.

Par ailleurs, dans un interview publié par l'Harvard Medical School, le généticien George Church, que nous avions précédemment présenté à nos lecteurs, explique les raisons qu'il a de croire à l'intérêt du projet Brain Activity Map, dont il a été l'un des instigateurs.

Il est certain que la science n'avance qu'à petits pas. Rien n'interdit en principe de penser que des méthodes modernes, certaines encore à découvrir, permettront sans doute de progresser un peu plus vite qu'actuellement dans le domaine de la cartographie, ou plus exactement, de la simulation du cerveau humain. Nous avons d'ailleurs tout lieu de penser que, dans divers pays, des laboratoires financés par des crédits militaires et ne publiant pas leurs résultats, sont déjà bien engagés sur cette voie.

Mise à jour

On apprend le 5 mars que le Human Connectome Project vient de publier un grand nombre de données significatives provenant des mois de recherches précédentes. Le travail va se poursuivre et s'étendre. Nous y reviendrons.

L'image ci-contre montre les régions en vert et bleu activées par un travail mathématique, celles en jaune et rouge réagissant à un récit littéraire.

Pour en savoir plus
* Voir le site de l'Université Washington à St Louis, USA http://news.wustl.edu/news/Pages/25041.aspx