" La diffusion des lumières n'exige autre chose que la liberté, et encore la plus inoffensive de toutes les libertés, celle de faire publiquement usage de sa raison en toutes choses."

KantQu’est-ce que les lumières ?, 1784

 

Conscience

 " Le savant n’est pas l’homme qui fournit les vraies réponses ;

c’est celui qui pose les vraies questions. "

C. Levi-Strauss, Le cru et le cuit

 

" Pourquoi craindre pour le dompteur, sa cage le protège des hommes' 

d'après Samuel Beckett

Sciences

Je propose ici un petit parcours -très personnel- au coeur de l'aventure scientifique qui, de Sapiens et Néandertal vous conduira aux nanosciences, à la biologie synthétique, à la chimie du vivant ou encore à l'intelligence artificielle...

Un non scientifique curieux pourra tirer profit de ces quelques pages sans équations et sans le jargon des initiés.

 

Voir

" Derrière la vitre qu’est la nature, apparaît lentement l’espèce d’une seconde, un fantôme d’éternité. De ce fantôme nous nous satisfaisons. Il devrait nous désespérer, (…). A ces moments le monde paraît laisser échapper comme par mégarde, un peu de son secret."

 A. Camus,                                          Critique d’un tableau de Boucherle (1934)


À la Une

Médicament : de l'aspirine aux protéines

Deux mots d'histoire

Les balbutiements

La chronologie ci-contre montre que ce n'est que vers la fin du XIXème siècle que, grâce aux progrès de la chimie de synthèse et des connaissances en physiologie, les premiers médicaments fabriqués par l'homme sont utilisés.

 

Si la morphine est découverte en 1804 et prescrite dès 1818, il faut en effet attendre la découverte de l'aspirine par  le Français Charles Frédéric Gerhardt et surtout le brevet déposé par le chimiste allemand de chez BayerFelix Hoffmann, en 1899, pour qu'un produit de la synthèse chimique  soit utilisé en médecine

Le succès de l'acide acétylsalicylique ne s'est jamais démenti, c'est toujours, avec plus de 40 000 tonnes, l'un des princeps les plus vendus dans le monde.

 Il faut aussi noter que le XIXe siècle voit également l’avènement de la vaccination. Les travaux de Pasteur, père du premier vaccin antibactérien contre l’anthrax et du vaccin contre la rage.

Et surtout rappeler que la vaccination a fait reculer une vingtaine de maladies très graves permettant notamment  d’éradiquer la variole.

 

La révolution chimique

Mode d'action des différentes familles d'antibiotiques
Mode d'action des différentes familles d'antibiotiques

On peut considérer que l'ère moderne du médicament commence en 1937 avec la découverte de l’action antibactérienne des sulfamides.

 En 1947, Fleming découvre la pénicilline, une avancée majeure dans le domaine thérapeutique, qui permettra de lutter avec succès contre les pathologies infectieuses et de vaincre la tuberculose.

 

Aujourd'hui l'arsenal des antibiotiques s'est étoffé. Plusieurs familles sont utilisées selon leur mode d'action sur les bactéries.

Malheureusement les phénomènes de résistances se développent pour toutes les classes.

 

Dès lors les exploits de la synthèse chimique, associés aux progrès de la médecine et la physiologie, vont permettre de mettre sur le marché des spécialités dans pratiquement tous les domaines. Citons pour les années 1950 :

- 1950 : découverte des neuroleptiques,

- 1956 : première pilule anticonceptionnelle à base de progestérone,

- 1957 : premiers antidépresseurs imipraminiques...

 

Aujourd'hui les chimiothérapies anticancéreuses ont beaucoup progressé et permettent de limiter ce fléau ; le SIDA dont l'issue était fatale a brève échéance, est devenu une maladie chronique avec laquelle on peut vivre grâce aux trithérapies. Il ne s'est écoulé qu'une quinzaine d'années entre l'identification du virus et les premières thérapies efficaces.

 

Cependant ces petites molécules de la synthèse chimique semble avoir atteint quelques limites : ciblage difficile des tumeurs cancéreuses, résistance des bactéries aux antibiotiques... D'un autre côté La découverte du génome humain ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques.

 

La révolution biologique/L'ère post-génomique

 Après la révolution chimique, les années 1970 ont vu s'amorcer la révolution biologique.

Les scientifiques connaissaient mieux le fonctionnement du corps humain et les différentes voies physiopathologiques, au niveau systémique, de la cellule ou  du gène. Ils purent dès lors imaginer et concevoir des outils thérapeutiques plus ciblés, qui miment le vivant.

 

 

Ainsi sont nés les médicaments biologiques (Biologics), très grosses molécules complexes ou mélanges de molécules, qui signent l'entrée en lice de cette nouvelle approche de la médecine.

 

Les travaux sur les génomes, qui s'accélèrent à partir des années 1990, aboutissent au séquençage complet du génome humain en 2003.

Environ 25000 gènes ont été identifiés. Chacun de ces gènes est capable de produire des centaines de protéines. Ce sont ces protéines qui font l'objet aujourd'hui de toute l'attention des chercheurs.

 

Petites molécules versus macromolécules biologiques

Un dalton est défini comme égal au douzième de la masse d'un atome de carbone 12.
Un dalton est défini comme égal au douzième de la masse d'un atome de carbone 12.

Les petites molécules issues de la synthèse chimique  représentent plus de 80% des médicaments actuellement sur le marché (sources divergentes).
Notons cependant qu'aujourd'hui 50% des nouveaux médicaments sont issus des biotechnologies.

 

Formulées sous formes de comprimés ou gélules, facilement ingérables, elles se dissolvent lors du tractus gastro-intestinal. La substance active est ensuite absorbée dans la circulation sanguine via la paroi intestinale. A partir de là elles peuvent atteindre presque n'importe quelle destination ; leur petite taille et leur structure leur permettent de pénétrer facilement dans les membranes cellulaires.

 

La synthèse chimique, souvent stéréosélective, a atteint de haut niveau de sophistication. Ces dernières années l'avènement de nouvelles méthodes de synthèse automatisée a permis tester des séries entières de mélanges réactionnels en parallèle.

 

(voir Chimie combinatoire, criblage haut débit ).

 

Contrairement aux petites molécules,  il est difficile, voire impossible, de caractériser un produit biologique complexe à partir des méthodes classiques de laboratoire, et certains des composants d'un produit biologique fini peuvent être inconnus.

 

Par conséquent, pour les produits biologiques, «le produit est le processus»

 

Les produits biopharmaceutiques sont administrés par injection ou perfusion - parce que s'ils étaient pris par voie orale, ils seraient dégradés dans l'estomac et les intestins.

 

Ils sont produits dans des procédés biotechnologiques via des cellules génétiquement modifiées de micro-organismes tels que des bactéries ou des levures ou dans des lignées cellulaires de mammifères.

 

Les grosses molécules protéiques, composées de plus de 1 300 acides aminés et pouvant atteindre 150 000 g / mol (ou 150 kDa), sont essentiellement des copies ou des versions optimisées de protéines humaines endogènes.  Plus de 1000 étapes de processus peuvent être nécessaires pour assembler une protéine complexe.

 

La modification de la protéine originelle se fait par échange systématique des constituants, les acides aminés, jusqu'à ce que le candidat biologique fonctionne mieux que le variant naturel: par exemple en se liant plus étroitement ou plus spécifiquement à sa molécule cible.

 

Chez Bayer, environ 80 000 variantes différentes d'une protéine à optimiser peuvent ainsi être testées chaque jour grâce à un criblage à haut débit entièrement automatisé et à l'utilisation de systèmes de test spéciaux.

 

En Europe,  sur les 76 biomédicaments approuvés par l'Agence européenne du médicament, entre 2012 et 2016, 21 sont allemands, 12 italiens et seulement 5 français. Cependant le groupe français Sanofi investit lourdement dans le domaine (70% de ses investissements).

 

Dans le monde, plus de 900 biologics sont actuellement en développement, pour plus de 100 pathologies.

 

L'essor des biotechnologies en médecine

 Les biotechnologies adaptent ou exploitent les processus identifiés au sein des organismes vivants et fabriqués par des cellules animales ou des micro-organismes comme les bactéries ou les levures.

 

Un médicament biologique est donc fabriqué dans un système vivant tel qu'un micro-organisme, ou des cellules végétales ou animales.

 

C'est la découverte de la structure de l'ADN qui a permis a jeté les bases du développement des biotechnologies modernes dans la médecine.

 

Les  protéines peuvent-être  ainsi fabriquées à l'aide du génie génétique.

 

 En 1973 :

Les Américains Stanley Cohen et Herbert Boyer isolent un plasmide de la bactérie Escherichia coli munie d’un gène de résistance contre un antibiotique (tétracycline) et y introduisent un autre gène de résistance contre un autre antibiotique (canamycine). Ils réimplantent le plasmide dans une bactérie ce qui la rend résistante à deux antibiotiques (tétracycline et canamycine.)

 

 Dans la transgénèse, on isole un gène responsable de la fabrication d'une protéine et on le transfère à une bactérie que l'on programme pour fabriquer la protéine correspondant à ce gène. Ces bactéries peuvent donc en produire des quantités importantes que l'on a plus qu'à isoler.

 

De nombreux produits biologiques sont produits aujourd'hui en utilisant la technologie de l'ADN recombinant.

 

En 1982, les États-Unis ont officiellement validé le premier médicament produit par génie génétique, il s'agit de l'insuline humaine utilisée pour le traitement du diabète.

 

Depuis beaucoup d'autres médicaments issus du génie génétique sont apparus, comme par exemple des médicaments pour le traitement de l'anémie, de l'hémophilie A, de maladies pulmonaires et neurodégénératives, de perturbations de croissance, de la polyarthrite (inflammation des articulations) et de bien d'autres maux.

 

Utilisés en cancérothérapie, les protéines peuvent se lier sélectivement aux récepteurs des cellules cancéreuses, ce qui permet de marquer et de combattre des cellules anormales spécifiques. Les cellules saines ne sont généralement pas attaquées dans ce processus, de sorte que les produits biologiques causent souvent moins d'effets secondaires que la chimiothérapie classique.

 

Immunothérapie - anticorps monoclonaux

Avastin
Avastin

Le traitement de cancers par immunothérapie, se développe grâce aux anticorps monoclonaux (des glycoprotéines).

 

Un anticorps est une molécule dirigée spécifiquement contre une autre molécule, l'antigène. Un anticorps est dit monoclonal lorsqu'il a été produit, de façon industrielle, par une seule lignée de cellules (le clone). La pureté des anticorps monoclonaux leur permet une utilisation à des fins de diagnostic (pour identifier in vitro précisément un antigène recherché) mais aussi thérapeutique. Ils sont utilisés pour le traitement de maladies auto-immunes et de certains cancers en étant couplés à une molécule toxique.

 

Certains anticorps monoclonaux trouvent un antigène spécifique, comme une protéine, sur une cellule cancéreuse et s’y lient. Le système immunitaire sait alors qu’il doit attaquer et détruire ces cellules.

Un exemple de ce type d’anticorps monoclonal est le rituximab (Rituxan). On se sert du rituximab pour traiter certains types de lymphome non hodgkinien, ainsi que la leucémie lymphoïde chronique (LLC).

 

L'avastin (bévacizumab) anticorps monoclonal, inhibiteur de l'angiogenèse, est largement utilisé dans le traitement des cancers (colorectal, sein, ovaire, poumons, glioblastome...). Il est obtenut produit par la technologie de l'ADN recombinant dans des cellules d'ovaire de Hamster Chinois (CHO),  l'une des lignées cellulaires les plus couramment utilisées dans la production de médicaments. 

 

Conjugués anticorps-médicaments

Conjugué anticorps-médicament
Conjugué anticorps-médicament

Les chercheurs utilisent également des anticorps comme molécules porteuses de substances toxiques, dans le but de transporter les poisons cellulaires sur leur site d'action - à l'intérieur des cellules cancéreuses - sans les libérer avant la cible. De telles combinaisons d'anticorps et de toxines cellulaires sont également connues en tant que conjugués anticorps-médicament

 

Ces conjugués médicaments comportent à la fois l'anticorps et une petite molécule active. Nous avons ici réuni la macromolécule biologique et les petites molécules chimiques.

 

Voir : Le trastuzumab emtansine constitué de l' anticorps monoclonal trastuzumab (herceptine) lié à un agent cytotoxique l'emtansine 

 

 

TOP 10 des médicaments biologiques

2007-2017 : dix années qui ont changé le monde du vivant

 

 

Méphistophélès : « Que se passe-t-il ici ? »

Wagner au laboratoire, penché sur une cornue qui fume :

 

– « Chut ! Une œuvre merveilleuse est prête à s’accomplir : il se fabrique un homme ». 

 Goethe, Faust II(acte 2)

 

___________

 Au 243ème Congrès de l'American Chemical Society (ACS, mars 2012), la chimie du vivant était omniprésente. Chimie pour le vivant, chimie d'après le vivant (bioinspirée)... nous étions aux prémices d'une nouvelle révolution chimique.

 

 Certes il ne s'agit pas comme Prométhée de créer des hommes à partir d'eau et de terre, mais de comprendre comment la matière a pu devenir complexe... et vivante.

 

 Pour beaucoup de chimistes du vivant, aujourd’hui, la seule question qui vaille est :

 

«  Jusqu’où ? » 

 

Jusqu’où allons-nous reproduire les mécanismes de la vie ?  Jusqu’à créer une vie artificielle ?

 

De la chimie du vivant à la biologie synthétique

 

Depuis plus d'un siècle, la chimie possède une faculté créatriceAujourd'hui  elle a même la puissance de former une multitude d’êtres artificiels qui viendront s’insérer dans la nature, en sorte que la chimie peut prétendre, à l’horizon des temps, « à former de nouveau toutes les matières qui se sont développées depuis l’origine des choses, à les former dans les mêmes conditions, en vertu des mêmes lois, par les mêmes forces que la nature fait concourir à leur formation. »

Marc Fontecave

 

Cette chimie là rejoint la biologie moléculaire au sein d'une nouvelle discipline -trans/multi/pluri - disciplinaire : la biologie synthétique.

Les applications de la biologie de synthèse sont considérables, elles concernent aussi bien la santé que l’environnement, l’énergie ou les matériaux.

En 1984, le groupe de Steven Benner est le premier à rapporter la synthèse chimique d'un gène codant une enzyme.

 

 

On peut dire qu'avec Benner émerge cette « biologie synthétique », qui vise à générer, par synthèse chimique, des molécules qui reproduisent le comportement complexe des systèmes vivants, y compris leur génétique, et leur évolution.

 

 

 

Pendant une vingtaine d'années des groupes vont se constituer et affuter leurs armes. Les chimistes dans le sillage de Jean Marie Lehn vont développer la chimie supramoléculaire.

 

Le prix Nobel français cite souvent Léonard de Vinci :

 « Là où la nature finit de produire ses propres espèces, l’homme commence, utilisant les objets naturels [les éléments chimiques], en harmonie avec les lois de la nature, à créer [synthétiser] une infinité d’espèces »…non vivantes pour l’instant, et un jour vivantes ! » 

 

Ces chimistes observent que la biologie représente le monde moléculaire le plus complexe que l’on  puisse imaginer actuellement.

 Il est cependant, du point de vue de sa diversité, relativement limité car les molécules du vivant appartiennent finalement à un petit nombre de fonctions chimiques : acides nucléiques (obtenus à partir de quelques hétérocycles), protéines (dérivés de 20 aminoacides),  sucres,  lipides.

La chimie par contre n’a pas de limitation de diversité ; elle a déjà élaboré des millions de molécules !

 Il y a donc une infinité de possibilités de générer des objets moléculaires tous différents... mais la chimie n’a pu  encore atteindre qu’une complexité très limitée. "

 

Et Jean Marie Lehn de conclure :

 

" Il est clair que l’inspiration, l’illustration et la confiance, les chimistes les trouvent en biologie.

L’inspiration : ces systèmes existent devant nos yeux.

L’illustration : on voit ce qui est possible. 

 

La confiance : puisque cela existe, c’est donc possible."

 

 

L'ADN «alien» fabrique des protéines dans des cellules vivantes pour la première fois

Ceci est le titre d'un article phare de la revue Nature du 29 novembre 2017.

 

C'est aussi la conclusion d'une décennie qui révolutionne notre approche du vivant.

 

J'ai suivi sur ce site cette aventure qui aboutit aujourd'hui à ce résultat extraordinaire : un organisme semi-synthétique est capable de produire des protéines.

 

La biologie synthétique vient d'atteindre son principal objectif en  réinventant les aspects les plus fondamentaux de la vie. 

 

Grâce à un alphabet génétique étendu une vie (semi) synthétique a émergé qui peut élargir le champ de la biologie moléculaire - de la biologie tout court.

 

Floyd Romesberg, le patron du laboratoire de San Diego qui signe cet exploit, souligne la portée de ces résultats :

 

" There is no biological system so fundamental and more intimately related to what we are than information storage and retrieval,...“What we’ve done is design a new part that functions right alongside the existing parts and can do everything they do.”

 

Rien n'est en effet plus fondamental et plus intimement lié à ce que nous sommes que le stockage et la récupération de l'information grâce à l'alphabet génétique et ses 4 lettres constituant l'ADN, devenues 6, dans ce nouvel alphabet d'un vivant devenu artificiel.

 

Rappel historique

2007

Au mitan des années 2000 tout s'accélère.

 

Le 8 octobre 2007, à San Diego, le groupe de Craig Venter annonce la création en laboratoire d'un chromosome artificiel de synthèse qu'il nomme Mycoplasma laboratorium.  Ce chromosome, copie des parties substantielles de l'ADN de la bactérie Mycoplasma genitalium.

 

 

mai 2014

En mai 2014, la revue Nature (première revue scientifique au monde) publie ceci :

 

A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet

 

Cet article émane du groupe de Floyd Romesberg (Scripps Research Institut, San Diego, Californie).

Il est signé par Denis A. Malyshev,  Kirandeep Dhami, Thomas Lavergne,  Tingjian Chen,  Nan Dai,  Jeremy M. Foster,  Ivan R. Corrêa  & Floyd E. Romesberg.

 

 De quoi s'agit-il ? Tout simplement de l'obtention d'un organisme (une bactérie) modifié, ayant intégré dans son génome un code génétique à 6 lettres(comportant deux bases nucléiques non naturelles), capable de se propager de façon stable, c'est à dire de produire de nouvelles bactéries ayant intégré ce nouveau code génétique.

 

Ross Thye & Jared Ellefson, qui dans le même numéro de Nature analysent cette publication, écrivent : " La construction d'un organisme qui se propage de façon stable avec une paire de bases d'ADN artificiel redéfinit cette fonction fondamentale de la vie."

 

Cette publication conclut 10 années de recherches, de centaines d'essais, d'autant d'échecs, de découragements, d'espoirs, qui se sont le lot du chercheur, et qui sont évidemment oubliés quand un objectif de cette envergure est atteint.

 

Dix ans plus tard le groupe de Floyd Romesberg (Scripps Research Institute, San Diego, Californie) annonce avoir produit des protéines à partir d'un organisme semi-synthétique.

 

Floyd E. Romesberg
Floyd E. Romesberg
 Denis A. Malyshev
Denis A. Malyshev
Thomas G. Lavergne
Thomas G. Lavergne

Janvier 2017

 En janvier 2017 le même groupe publie dans PNAS un article non moins important, où ils montrent comment ils ont maîtrisé la réplication et obtenu un SSO (semi synthetic organism) stable, plus autonome, et capable de stocker l'information augmentée indéfiniment.

 

Ils ont notamment utilisé pour cela une technique révolutionnaire dont j'ai beaucoup parlé ici : l'édition de gènes avec CRISPR-Cas9, ce qui leur a permis d'optimiser la rétention de la paire de nucléotides non naturels. Le système immunitaire de la bactérie a été modifié de façon à exclure tout ADN ne comportant pas ces deux nucléotides.

  

Selon Thomas Lavergne (CNRS, Grenoble), un des contributeurs,  « Nous avons même réussi à assurer une bonne réplication en insérant deux paires de bases X et Y, au départ dans la bactérie, au lieu d’une seule ... C’est important pour la suite car nous voulons pouvoir modifier plus largement l’ADN des organismes et donc placer plusieurs paires de bases X et Y à des endroits différents. »

 

La prochaine étape consistera à traduire ce matériel génétique en protéine synthétique, ce qui sur le plan thérapeutique peut conduire à des avancées majeures.

 

Dix mois plus tard ce résultat est atteint. Il signe un exploit majeur de la biologie synthétique, science émergente à l'interface de la biologie et de la chimie du vivant, mais aussi de l'informatique, de la biophysique...

 

"Apprenti-sorcier" : pour faire quoi ?

Evidemment le procès en "sorcellerie" est déjà instruit à l'endroit de ces "savants fous".

 

Par ceux qui sans doute seront heureux de profiter dans 10 ou 20 ans de l'arsenal thérapeutique qui va se développer grâce à ces travaux.

 

Un exemple : nous arrivons au bout du bout de l'efficacité des antibiotiques.

De tout côté les bactéries contournent les mécanismes mis en place pour stopper leur prolifération. Les phénomènes de résistance progressent dangereusement. Les publications sur la résistance aux glycopeptides ( antibiotiques particulièrement efficaces détruisant la parois de bactéries Gram+) comme la vancomycine, dernière barrière aux infections les plus virulentes (pneumocoques...), se multiplient depuis 10 ans ; les modifications structurales du peptide  (vancomycine 3.0, 2017) permettent pour l'instant de repousser une échéance qui semble inéluctable.

 

Il est donc clair que la production de protéines "artificielles" , qui ne pourront être reconnues par les bactéries, a un intérêt majeur.

 

D'une façon générale, on peut considérer que la production de molécules complexes, comme les protéines, fabriquées en utilisant des micro-organismes vivants, des plantes, des cellules animales... devient un enjeu majeur dans le domaine de la santé, même si elles ne représentent aujourd'hui que 10% du marché, principalement dans le domaine de maladies chroniques graves (comme le cancer).

A suivre - Biologics, les médicaments biologiques

La révolution numérique

 ... " il semble raisonnable de penser que, vue depuis un futur lointain, par exemple en 2 500 ou en 3 000 après J.-C., l’histoire retiendra que c'est le développement des technologies de l'information qui aura été à l'origine de la révolution la plus radicale qu'ait connue l'humanité. On observera qu’avec l’ère digitale, l’humanité connaît une révolution complète de la connaissance..."

L’ère numérique, un nouvel âge pour l’humanitéGilles Babinet

 

La deuxième révolution numérique

C'est peu dire que je partage l'analyse de Gilles Babinet !

 

Dans mon propre métier de chercheur, de la fin des années 60 à aujourd'hui, j'ai pu voir à l'oeuvre cette révolution numérique et observer comment elle a fondamentalement modifié notre approche de la science, en ouvrant des perspectives encore inimaginables au milieu du XXème siècle.

 

D'un autre côté, à l'instar de l'imprimerie - mais dans une autre dimension -, elle a bouleversé nos rapports sociaux en mettant à la disposition de tous, dans tous les domaines, quasiment en temps réel, une avalanche d'informations que nous ne savons pas toujours analyser.

 

Nous voici donc dans le deuxième temps de la révolution numérique : après avoir appris à numériser, à stocker, à décompter... il devenait indispensable de créer de nouveaux outils numériques capables d'interpréter cette quantité faramineuse d'informations.

 

C'est le but du machine learning  (apprentissage automatique) où, à partir d'algorithmes d'apprentissage, l'ordinateur va pouvoir SEUL modéliser les données et résoudre un problème.

 

Nous assistons aux premiers balbutiements de l'intelligence artificielle, qui à long terme posera certainement un certain nombre de problèmes éthiques et philosophiques, mais qui aujourd'hui ouvre des perspectives prometteuses pour l'amélioration de nos conditions de vie. C'est particulièrement vrai dans le domaine de la santé.

 

Réseaux neuronaux et intelligence artificielle

« Tenter de distiller l'intelligence dans une construction algorithmique peut s’avérer être le meilleur chemin pour comprendre le fonctionnement de nos esprits. »

 Demis Hassabis, Nature, 23 février 2012.

 

Dans tous les domaines scientifiques les chercheurs croulent sous les données, par exemple :

 

-en biologie avec le décryptage du génome, du protéome, du microbiome, du métabolome...

- en astronomie où les données recueillies se chiffrent en petabytes,

- dans les sciences sociales où l'analyse des données fournies par internet (Google traite des dizaines de pétaoctets par jour !) est devenu un véritable casse-tête.

 - en médecine avec l'émergence du patient numérique,

- en chimie organique, où le traitement informatique traditionnel a largement échoué dans l'accompagnement des synthèses multi-étapes complexes,

...

Un ordinateur de grande capacité est capable de trier des données, mais sur un énorme échantillon il n'en dégagera pas la substantifique moelle ; surtout pour des systèmes complexes, difficiles à modéliser à l’aide des méthodes statistiques classiques, ou dans toutes les situations où il existe une relation non linéaire entre une variable prédictive et une variable prédite.

 

Pour cela les chercheurs, s'inspirant du fonctionnement du cerveau humain,  ont imaginé des réseaux de neurones artificiels.

 

Lire à ce propos sur le site :

Qu'est-ce qu'un réseau neuronal, comment ça marche ?

L'apprentissage automatique,

DeepLearning, apprentissage supervisé,

Robotique et neurosciences,

Les risques pour l'emploi,

Recherche robotisée,

Pixel, Deep Learning, Deepdream, Daydream, DeepMind, Google Translate..., Google à la pointe de l'IA,

Faut-il avoir peur de l'intelligence artificielle...

“I could not bring myself to believe that if knowledge presented danger, the solution was ignorance."  Isaac Asimov 

Je n'ai jamais crû que si la connaissance présentait un danger, la solution était l'ignorance

Nouvelles technologies et médecine

En 50 ans, les sciences numériques ont pénétré et révolutionné tous les domaines scientifiques -sciences dures, molles, humaines et sociales... - comment la médecine aurait-elle pu se tenir à l'écart d'une telle révolution !

 

Le fait que l'on puisse traiter maintenant des masses de données considérables ont  permis le développement foudroyant de disciplines comme la génétique, la biologie moléculaire, la biologie synthétique, l'imagerie médicale... qui sont à la base de la réorientation de la médecine, désormais sous le contrôle des nouvelles technologies.

 

Affirmer que la médecine change de dimension (et je veux croire que les étudiants en médecine y sont aujourd'hui préparés) est un euphémisme.

 

L'Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria) écrit par exemple :

 

" Les sciences du numérique [sont] omniprésentes de la recherche à l’exercice quotidien de la médecine 

La recherche médicale de pointe repose de façon massive sur les sciences du numérique. La modélisation et la simulation numériques permettent de réaliser de façon répétée des expériences in silico (sur des patients virtuels).

La connaissance du fonctionnement, normal et pathologique des organes les plus complexes (cœur, cerveau) a tiré parti des approches numériques permettant de conjuguer des informations à toutes les échelles (molécules, cellules, tissus, organes, corps tout entier). Les méthodes numériques permettent d’intégrer, de traiter et d’analyser des données de santé toujours plus hétérogènes, foisonnantes et complexes (génomique, imagerie, analyses biologiques, mesures de l’activité électrique). 

Les sciences du numérique sont également omniprésentes dans l’exercice de la médecine, de la détermination des diagnostics, à la conception et à l’évaluation de nouvelles thérapies (nouveaux médicaments, chronothérapie), en passant par le suivi médical (monitoring), ou la chirurgie (assistance ou robotique chirurgicale). Elles contribuent à la formation des jeunes praticiens notamment grâce aux outils de simulation."

 

Voir sur le site :

De la biologie des systèmes à la bioinformatique

Génome, métabolome

Biologie synthétique

Imagerie médicale

CRISPR-Cas9 : la révolution génétique

La médecine de précision

Théranostic

Nanoparticules

La médecine régénérative

Le patient numérique

La médecine connectée...

Intelligence artificielle et éthique

J'ai indiqué que les progrès rapides de l'IA, le chemin tracé par certains vers "l'humain augmenté " ne sont pas sans inquiéter de nombreux scientifiques.

 

Ainsi en 2014, l’astrophysicien britannique Stephen Hawking déclarait :

« Parvenir à créer des intelligences artificielles serait le plus grand accomplissement de l’histoire humaine. Malheureusement, il pourrait aussi s’agir du dernier, à moins que nous apprenions à éviter les risques. » 

 

 

Un guide de référence pour un développement éthique de l'intelligence artificielle a été récemment adopté par un groupe de 2 000 signataires, dont Stephen Hawking,  Elon Musk, patron de SpaceXTesla... et 816 scientifiques spécialisés dans l’intelligence artificielle ou la robotique

 

Ces « 23 principes d'Asilomar » s'inspirent un peu des 3 lois de la robotique de l'écrivain Isaac Asimov

 

Connaissez-vous la BCI ?

L'interface cérébrale implantable (Implantable Brain Computer Interface)

Voila un acronyme qui a de l'avenir !

Il s'agit de développer des technologies à l'interface cerveau-ordinateur, de coupler en quelque sorte intelligence biologique et intelligence artificielle.

 

Deux tâches principales sont aujourd'hui assignées à la BCI : l'extraction de signaux neuronaux, principalement pour les commandes motrices, l'insertion de signaux pour restaurer les sensations.

 

La technologie BCI est actuellement principalement axée sur  l'aide aux personnes souffrant de lésions de la moelle épinière. Il permet déjà aux utilisateurs d'effectuer des tâches motrices relativement simples.

 

 Cependant : 

 

"Les capacités actuelles sont déjà impressionnantes. Un neuroscientifique paralysé par la sclérose latérale amyotrophique (SLA, également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig ou motoneurone) a utilisé un BCI pour diriger son laboratoire, rédiger des demandes de subvention et envoyer des courriels . Pendant ce temps, des chercheurs de l'Université Duke à Durham, en Caroline du Nord, ont montré que trois singes avec des implants d'électrode peuvent fonctionner comme un «réseau de cerveau» pour déplacer un bras d'avatar en collaboration. Ces appareils peuvent fonctionner sur des milliers de kilomètres si le signal est transmis sans fil par Internet."

 

Cela veut dire que dans 10, 20 ou 30 ans,  il sera possible de décoder les processus mentaux des patients, de manipuler directement les mécanismes cérébraux qui sous-tendent leurs intentions, leurs émotions et leurs décisions; d'améliorer grandement leurs capacités mentales et physique.

 

Actuellement des dispositifs grossiers sont capables de stimuler et lire l'activité de quelques dizaines de neurones au maximum ; on commence  à interpréter l'activité neuronale d'une personne à partir d'images obtenues par IRM fonctionnelle.

 

Cependant, dès cette année, l'Agence américaine de recherche avancée en matière de défense (DARPA) a lancé un projet intitulé Neural Engineering System Design qui devrait être présenté à la FDA (Food and Drug Administration, USA) dans  4 ans. Il s'agit d'un dispositif pilotable à distance, capable de surveiller l'activité cérébrale en stimulant sélectivement jusqu'à 100 000 neurones.

 

Dans le cadre du projet Brain, dont je parle par ailleurs,  plus de 500 millions de dollars en fonds fédéraux ont été consacrés au développement de neurotechnologies.

Les universités américaines font feu de tout bois...

Les investisseurs privés vont emboîter le pas,  Google, IBM, Microsoft, Facebook, Apple et de nombreuses start-up  sont déjà sur le coup.

 

On peut penser que l'accélération en recherche et développement dans ce domaine va être fulgurante, ne serait-ce que parce que les fameux réseaux neuronaux, dont je parle plus haut,  s'inspirent de connaissances des circuits cérébraux qui datent de plus de 50 ans.

 

L'interaction entre l'intelligence artificielle et les neurotechnologies peut donc conduire à des avancées thérapeutiques extraordinaires, mais s'avérer aussi redoutable aux mains de quelques d'apprentis-sorciers.

 

Aussi, nombreux sont ceux qui pensent qu'il faut aller plus loin qu' Asilomar. C'est le cas de Rafael Yuste (Université de Columbia, NYC) Sara Goering (Université de Washington) et de leurs collègues qui plaident dans la grande revue scientifique Nature, pour que l'intelligence artificielle et les interfaces cerveau-ordinateur respectent et préservent la vie privée, l'identité, l'activité et l'égalité des personnes.

 

Quelques sociétés privées développeurs en BCI : Neuralink (qui vise la fusion des intelligences biologiques et numériques), Kernel (qui grâce à une puce implantée veut restaurer la mémoire et développer l'intelligence), Focus Edu (propose un bandeau stimulant les ondes cérébrales pour améliorer les résultats scolaires... hum !), Neurable (veut avec une technologie sans fil et grâce à  l'activité cérébrale des utilisateurs,permettre un contrôle en temps réel des logiciels et appareils connectés), etc....

                                                  LIRE

Nous avons déjà tous un chapeau de sorcier sur la tête !

Un clin d'oeil pour terminer. Je cite (avec quelques corrections) :

 

" L'industrie naissante des interfaces cerveau-machine est la graine d'une révolution qui va changer à peu près tout. 

Mais à bien des égards, l'avènement de cette interface n'est pas vraiment une chose nouvelle. 

Si vous prenez du recul, cela ressemble plus au prochain grand chapitre d'une tendance qui dure depuis longtemps.

 La langue a pris une éternité à se transformer en écriture, qui a ensuite pris une éternité pour se transformer en livres imprimés. 

Puis vint l'électricité et le rythme  s'accéléra. Téléphone. Radio. Télévision. Des ordinateurs.

Et juste comme ça, les maisons de chacun sont devenues magiques.

 Puis les téléphones sont devenus sans fil. Puis mobile. Les ordinateurs sont passés de dispositifs pour le travail et les jeux à des fenêtres vers un monde numérique dont nous faisons tous partie. 

Ensuite, les téléphones et les ordinateurs ont fusionné en un appareil qui a fait sortir la magie de nos maisons et nous l'a remis entre nos mains. Et sur nos poignets.

Vous n'avez pas besoin d'être un futurologue pour voir que cela se passe."

Tim Urban, Wait but Why

 

Finalement ce bandeau qui entourera bientôt la tête de nos descendants pour chatouiller leurs neurones, ne serait-il pas qu'un nouveau chapeau de sorcier succédant, depuis qu'Adam et Eve ont fauté à l'ombre d'un pommier, à bien d'autres couvre-chefs produits du génie humain.

 

Si vous en avez le courage lisez le blog de Tim Urban : Neuralink et l'avenir magique du cerveauqui suit un entretien de l'auteur avec le fameux Elon Musk patron de Neuralink (et de Tesla, Space X, OpenAl, Solar City...)

La Sérénissime au peigne fin des nouvelles technologies

Mille ans d'histoire chez les Frères

Pénétrer dans la basilique (mineure) Santa Maria Gloriosa dei Frari  à Venise c'est se préparer à découvrir un extraordinaire ensemble religieux transformé au cours des siècles en véritable écrin d'oeuvres d'art exceptionnelles et accomplir un voyage éblouissant au coeur de la Sérénissime.

 

On y découvrira des oeuvres picturales majeures de Vivarini, de Giovanni Bellini et bien sûr du Titien (dont le retable de l'Assomption), des marbres et sculptures en bois de toute beauté (dont une de Donatello), des monuments funéraires de diverses époques à la gloire du Titien, de Canova et de quelques doges.

On admirera aussi les 124 stalles en bois sculpté qui se déploient sur trois niveaux.

Que des merveilles

 

Erigée entre 1250 et 1338 du côté de San Polo par les Frères Franciscains, l'église fut reconstruite au XIVe siècle  et consacrée sous son nom actuel en 1492. Elle comporte trois nefs et sept chapelles latérales, un campanile de plus de 80 mètres.

 

Au sein du couvent des Frères sont rassemblées les archives de la ville qui occupent 80 km de rayonnages.

 

Venice Time Machine

" Le projet Venice Time Machine est un programme scientifique international pionnier des sciences humaines numériques lancé par l'EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) et l'Université Ca'Foscari de Venise en 2012. Il comprend les principales institutions patrimoniales vénitiennes: les archives de l'État à Venise, la bibliothèque Marciana, l'Institut Veneto et le Fondation Cini.

 

Le conseil international du projet comprend des chercheurs des universités de Princeton, Stanford, Columbia et London. Trois cents chercheurs et étudiants de différentes disciplines (sciences de base, ingénierie, informatique, architecture, histoire et histoire des arts) ont déjà collaboré à ce programme international. 

 

Le projet Venice Time Machine vise à construire un modèle multidimensionnel de Venise et son évolution couvrant une période de plus de 1000 ans. Les kilomètres d'archives sont actuellement numérisés, transcrits et indexés, établissant la base de la plus grande base de données jamais créée sur les documents vénitiens.

 Des millions de photos sont traitées à l'aide d'algorithmes de vision mécanique et stockées dans un format adapté aux approches informatiques haute performance. En plus de ces sources primaires, le contenu de milliers de monographies est indexé et fait des recherches. L'information extraite de ces diverses sources est organisée dans un graphique sémantique des données liées et se déroule dans l'espace et le temps dans le cadre d'un système d'information géographique historique, basé sur un balayage haute résolution de la ville elle-même

 

La diversité, la quantité et la précision des documents vénitiens sont uniques dans l'histoire occidentale. The Venice Time Machine met en service un pipeline technique pour transformer ce patrimoine en Big Data of the Past. Des scanners de documents rapides produisent un flux d'images numériques qui sont analysées à l'aide de réseaux d'apprentissage en profondeur. Ces algorithmes trouvent des motifs récurrents dans des documents écrits à la main, des cartes mais aussi des peintures et des partitions musicales extrayant des informations sur les personnes, les lieux et les œuvres d'art, créant un réseau géant de données liées. Les éléments d'information extraits des documents sont intimement entrelacés. En combinant cette masse d'informations, il est possible de reconstruire de grands segments du passé de la ville. À plus grande échelle, les archives vénitiennes révèlent 1000 ans de circulation européenne."

EPFL -  Venice Time Machine

 

 

Une révolution pour les historiens... et tous les chercheurs ?

Si l'on regarde d'un peu plus près l'aspect technique de ce travail, on comprend tout de suite que nous sommes devant une révolution majeure dans le domaine de la recherche et de l'exploitation de documents.

 

Je fais partie d'une génération de chercheurs scientifiques qui a longuement fréquenté les bibliothèques universitaires et leurs rayonnages poussiéreux ; passant de longues heures à traquer les bonnes références.

 

Depuis une vingtaine d'années les banques de données en ligne ont considérablement simplifié et accéléré les recherches bibliographiques, dans tous les domaines.

 

Le travail que j'évoque ici va beaucoup plus loin qu'une simple constitution de bases de données de documents numérisés.

 

Les équipes de recherche concernées (évidemment pluridisciplinaires) ont mis en place leurs propres outils :

 

- pour la numérisation, qui est assuré par des robots sans aucune assistance humaine, et que bientôt, grâce au balayage par tomodensitométrie (CT) utilisé en médecine, ils réaliseront sans même que le bouquin ne soit ouvert !

 

- en développant différentes techniques de lecture automatique, y compris pour les vieux manuscrits, grâce au machine-learning.

 

Sur la figure ci-contre on voit comment les algorithmes de la time machine sont conçus pour analyser la structure du texte écrit et en extraire les formes graphiques semblables, pour former une multitude de liens.

A partir d'un nom dans un seul document, le système va établir toutes sortes de corrélations dans l'espace et dans le temps.

 

Ce référencement croisé organise l'information en graphiques géants de données interconnectées.

 

C'est donc un champ pratiquement inépuisable de données qui s'ouvrent pour des recherches dans une infinité de domaines.

 

Le VTM qui soulève l'enthousiasme des chercheurs va faire des émules : l'Amsterdam Time Machine est sur les rails. Je veux croire que le Paris Time Machine ne tardera pas trop. Voila un projet à la mesure de notre CNRS, si toutefois lourdeurs administratives et disette financière ne s'avèrent pas insurmontables. Ce serait vraiment dommage !

Préface à " Venise que j'aime " - Jean Cocteau - 1951

Où vit-on des danseurs au bout de feuilles mortes,

Tant de lions couchés devant le seuil des portes,

Tant d'aiguilles de bois, de dentelles de fer,

De dentelles de marbre et de chevaux en l'air ?

Où vit-on tant de fruits qu'on charge et qu'on décharge ?

Tant de Jésus marcher sur l'eau,

Tant de pigeons marchant de long en large

Avec habit à queue et les mains dans le dos ?

Où vit-on, d'un orteil, tenir sur une boule

Un homme armé d'un parchemin ?

Où vit-on labyrinthe encombré d'une foule

Qui jamais ne perd son chemin ?

Où vit-on flotter tant d'épluchures d'oranges,
Tant de ronds, de carrés, d'ovales, de losanges

...

Où vit-on des bustes charmants
Glisser, les bras tendus, sur le bord des terrasses ?
Où vit-on manger tant de glaces ?
Où vit-on des radeaux être de belles places ?
Où vit-on sur un pied dormir les monuments ?
Où vit-on un palais qui penche
Attendre quoi ? debout et le poing sur la hanche ?
Où vit-on sur la mer machiner un décor ?
Tant de filles en deuil et de dames blanches
Se mettre au carnaval une tête de mort ?
Où vit-on parcourir avec paniers et boîtes
Tant de porteurs légers qui n'ont que des mains droites ?
Où vit-on atteler des hippocampes d'or ?


Actualité du Blog

" Ce malaise devant l'inhumanité de l'homme même, cette incalculable chute devant l'image de ce que nous sommes, cette « nausée » comme l'appelle un auteur de nos jours, c'est aussi l'absurde. "

Albert Camus