Notre cerveau...

Cerveau en IRM
Cerveau en IRM

 

 

 

Le Cerveau - est plus grand que le Ciel -

Mettez-les côte à côte -

L'un contient l'autre

Sans problème - et Vous - en plus -

Le Cerveau est plus profond que la Mer -

Tenez-les - Bleu pour Bleu -

L'un absorbe l'autre -

Comme l'Eponge - l'eau - d'un Seau -

Le Cerveau pèse exactement le poids de Dieu -

Soupesez-les - Livre par Livre -

La différence - si elle existe -

Est celle de la Syllabe au Son -


Emily Dickinson, Le Paradis est au choix, extrait.

 


Un cerveau, trois cerveaux, des cerveaux...


Il est bon de revoir ses fondamentaux à propos du cerveau.

 Très peu compétent en anatomie et physiologie, je vous renvoie à deux sites vulgarisateurs de bonne qualité :

 

- on trouvera une description anatomique sur le site Anatomie humaine,

 

- on aura un aperçu assez complet sur le site généraliste Le cerveau à tous les niveaux, financé par l'Institut des neurosciences, de la santé mentale et des toxicomanies (INSMT), l'un des 13 instituts de recherche en santé du Canada (IRSC).

 

 

Les trois cerveaux

 

En fait nous n’aurions pas un… mais trois cerveaux qui retracent l'évolution de l'humanité :

 

- le cerveau reptilien (le cerveau des comportements de survie immédiate : boire, manger, se reproduire),

- le cerveau limbique (celui de l’affectivité, de la mémoire),

- le cerveau cortical (qui permet de créer, de réaliser un processus imaginaire… le propre de l’homme ?!). 

 

Cette théorie du cerveau triunique - due à Paul Mac Lean (1969)- repose sur le fait que l'évolution du cerveau humain s'est faite en plusieurs phases, qui correspondent à l'apparition des différentes classes phylogénétiques d'animaux. Le cortex (écorce) cérébrale est la structure la plus récente, elle est située à la périphérie du cerveau. Il n'aurait que 3.6 millions d'années.

 

Le neurobiologiste (mais aussi étho(euto)logue, philosophe…) Henri Laborit (qui a inspiré le film d’Alain Resnais, Mon oncle d’Amérique) à repris, remanié et développé le concept de Mac Lean.

 

Il est l’auteur de nombreux ouvrages sur le fonctionnement du cerveau et des comportements qui en découlent. Dans «  L’agressivité détournée », il décrit ainsi le rôle du cortex orbitalaire :

 

" Ce cortex orbito-frontal représente dans sa partie antérieure non spécifique, ce que  nous avons souvent appelé  " le mélangeur ". Mélangeur de quoi ? Mélangeur des éléments mémorisés, aboutissant à la construction de nouvelles structures. Nous savons que le vieux cerveau des mammifères en fait déjà tout autant à partir des acquis sensoriels. Le cortex orbitaire réalisera le " mélange ", l'association à un niveau d'intégration supérieur, à partir des images, en d'autres termes à partir des activités nerveuses, déjà intégrées dans le cerveau sous-cortical.

 

Mais ces associations ne se font pas au hasard, elles sont elles-mêmes motivées et elles le sont par des connexions sous-jacentes, par les affects, par les pulsions, les émotions et les expériences engrammées (Trace biologique de la mémoire)."

 

Henri Laborit, L'Agressivité détournée (1970)

 

Dans cette " Introduction A une Biologie du Comportement Social ", autre titre de l'ouvrage, le neurobiologiste propose, à partir du fonctionnement du cerveau, une origine pour nos comportements :

 

Les trois étages du cerveau doivent fonctionner ensemble et, pour cela ils sont reliés par des faisceaux :

 

- le faisceau de la récompense (dont j’ai déjà pas mal parlé),

- le faisceau de la punition (qui débouche sur un comportement de fuite ou de lutte)

- le faisceau de l’inhibition de l’action.

 

A partir de ce fonctionnement complexe, on observe 4 types de comportements :

 

- le comportement de consommation. C’est le plus basique, il n’a pour but que d’assouvir les besoins fondamentaux,

- le comportement de gratification. On essaie de renouveler toute expérience qui aboutit au plaisir,

- le comportement en réponse à la punition : soit par la fuite qui l’évite, soit par la lutte.

 

Si la lutte est victorieuse, on retrouve le plaisir et la gratification, sinon retour à la case punition.

- le comportement d’inhibition qui provoque angoisse ou stress.

 

C’est ce comportement de loin le plus complexe, qui suscite depuis Freud le plus de travaux.

 

Pour Laborit, l’humain est donc totalement déterminé par sa biologie (je rajouterai que sa biologie est fonction de sa chimie !) et son milieu. Il ne peut exister entre individus que des relations de dominance.

 

Dans un ouvrage majeur, L’éloge de la fuite (1976), il écrit notamment :

 

-          à propos de l’amour :

 

 « Le mot de passe qui permet d’ouvrir les cœurs, les sexes, les sacristies et les communautés humaines. Il couvre d’un voile prétendument désintéressé, voire transcendant, la recherche de la dominance et le prétendu instinct de propriété… Il fournit une tunique honorable à l’assassin, à la mère de famille, au prêtre, aux militaires, aux bourreaux, aux inquisiteurs, aux hommes politiques

 

- à propos du bonheur :

 

 « C’est bien dans la fuite vers l’imaginaire qu’il réside. »

 

- à propos de la liberté :

 

 « Notion difficile à admettre que l’absence de liberté humaine, car elle aboutit à l’écroulement de tout un monde de jugements de valeur sans lequel la majorité des individus se sentent désemparés. L’absence de liberté implique l’absence de responsabilité, et celle-ci surtout implique à son tour l’absence de mérite, la négation de la reconnaissance sociale de celui-ci, l’écroulement des hiérarchies…

 

Ce que nous appelons liberté, c’est la possibilité de réaliser les actes qui nous gratifient, de réaliser notre projet, sans nous heurter au projet de l’autre. Mais l’acte gratifiant n’est pas libre. Il est même entièrement déterminé. Pour agir, il faut être motivé et nous savons que cette motivation, le plus souvent inconsciente, résulte soit d’une pulsion endogène, soit d’un automatisme acquis et ne cherche que la satisfaction, le maintien de l’équilibre biologique, de la structure organique…


La sensation fallacieuse de liberté s’explique du fait que ce qui conditionne notre action est généralement du domaine de l’inconscient, et que par contre le discours est, lui, du domaine du conscient. C’est ce discours logique qui nous permet de croire au libre choix. Mais comment un choix pourrait-il être libre alors que nous sommes inconscients des motifs de notre choix, et comment pourrions-nous croire à l’existence de l’inconscient puisque celui-ci est par définition inconscient
? »

 

Eloge de la Fuite, Henri Laborit

 

Mac Lean et Laborit ont depuis été critiqués, contestés… peu importe, ils ont ouvert un chemin qui est loin d’être une impasse.

 

D’ailleurs, Les trois cerveaux se multiplient !

 

La sexologue Catherine Solano, par exemple, parle d’un cerveau triunique à propos de sexualité : Le cerveau sexuel pulsionnel, Le cerveau sexuel émotionnel, Le cerveau sexuel cognitif.

 

 

Pour moi, il n’y a pas deux cerveaux identiques, il y a des milliards de cortex différents… Il n’y a pas non plus une forme d’intelligence, mais une infinité de formes d’intelligence.

 

 

Nous sommes d’ailleurs tous beaucoup plus intelligents que nous ne le pensons : nous sous-utilisons dramatiquement notre cerveau ! Je reviens à la citation initiale de Laborit : apprendre à comprendre le fonctionnement de son cerveau et apprendre à s’en servir, devraient constituer un objectif pédagogique primordial.

 

 

Activité cérébrale en image

Cerveau de rêveur en IRMf
Cerveau de rêveur en IRMf

 

Excellente mise au point dans le journal Nature à propos de  l'Imagerie Fonctionnelle par Résonance Magnétique (IRMf).

 

La technique utilise la circulation sanguine pour mesurer l'activité neuronale, sans injection d'un agent de contraste. Cette méthode, non invasive, permet donc d'explorer les zones profondes du cerveau.


En fait les chercheurs mesurent l'oxygène transporté dans le sang par l'hémoglobine et il est admis que les signaux obtenus sont liés à une demande accrue de sang oxygéné lorsque les neurones deviennent électriquement actif en réponse à une tâche.

 

Cependant de nombreuses questions restent posées comme le montre cet article.

 


Un cerveau très connecté

Il y a près de 100 milliards de neurones dans le cerveau humain. Au cours des dernières années, d'énormes progrès ont été accomplis à propos de la structure, de la génétique, de la connaissance du rôle de ces cellules nerveuses.

Cependant, le coeur du fonctionnement du système nerveux central se situe au niveau de la connectivité neuronale, des liens tissés depuis les microcircuits jusqu'au réseaux régionaux du cerveau.

Pour traiter l'énorme quantité de données qui doivent être collectées pour analyser ces processus, de grands groupes de recherche ont récemment uni leurs forces pour former un véritable consortium.

 

La revue Science présente, dans sa livraison de novembre 2013, un numéro spécial tout à fait passionnant dans ce domaine.

 

 

Human connectome project

Reconstituer le câblage du cerveau

Les 180 régions relatives au langage, à la perception, la conscience, la pensée, l'attention et la sensation
Les 180 régions relatives au langage, à la perception, la conscience, la pensée, l'attention et la sensation

Grâce à différentes techniques d'imageries, la cartographie ( encore grossière) du cerveau se dévoile peu à peu.

 

Il y a un siècle, le neurophysiologiste  allemand Korbinian Brodmann avait recensé 52 aires différentes dans le cortex cérébral ; aujourd'hui les chercheurs identifient  au moins 180 régions différentes, importantes pour le langage, la perception, la conscience, la pensée, l'attention et la sensation.

 

Le but de cette cartographie est - ni plus ni moins - de déterminer comment les 100 milliards (environ) de neurones du cerveau humain sont câblés.

 

Les images réalisées (notamment par IRM de diffusion/tractographie- e-MRI)  sur 1200 jeunes adultes en bonne santé qui ont accepté de participer au Projet Human Connectome  (consortium dirigé par l'Université de Washington, l'Université du Minnesota et l'Université d'Oxford  - WU-Minn HCP) ,  a confirmé l'existence de 83 régions cérébrales connues et a ajouté 97 nouvelles.

 

 

Cartographie du cerveau humain de l'utérus à la naissance

e-MRI (tractographie) montrant les connexions dans un cerveau en développement
e-MRI (tractographie) montrant les connexions dans un cerveau en développement

Les chercheurs veulent faire encore plus fort : cartographier un cerveau en gestation.

 

Ils accumulent actuellement des milliers d'images de cerveau de foetus pour comprendre comment s'établissent les câblages neuronaux. Ils leur faut pour cela visualiser l'anatomie cérébrale, de l'embryon au nouveau-né.

Plus précisément le projet le plus avancé vise à établir les premières cartes 3D du cerveau humain entre 20 et 44 semaines de gestation.

 

Il s'agit d'une prouesse technique, notamment du fait qu'un foetus est toujours en mouvement, ce qui implique des corrections des données de l'IRM de diffusion par des calculs fort complexes.

 

Reconstruction 3D de la surface corticale et de ses caractéristiques calculées à partir d'une IRM de cerveau bébé de sept, huit et neuf mois.
Reconstruction 3D de la surface corticale et de ses caractéristiques calculées à partir d'une IRM de cerveau bébé de sept, huit et neuf mois.

 Avec ce formidable travail, les scientifiques espèrent comprendre comment des dysfonctionnements tels que l'autisme, la paralysie cérébrale, les troubles du déficit de l'attention... peuvent s'installer.

 

LIRE :“The Human Connectome Project’s neuroimaging approach

 

VOIR CI-DESSOUS

-Human Brain Project,

-  The Blue Brain Project

 

VOIR sur le SITE :

- Image magnétique -3-

Blue Brain Project, Human Brain Project

Reconstitution du réseau neuronal d'un oiseau chanteur, impliqué dans l'apprentissage du chant (projet BRAIN)
Reconstitution du réseau neuronal d'un oiseau chanteur, impliqué dans l'apprentissage du chant (projet BRAIN)

Le lundi 19 septembre 2016, 400 chercheurs en neurosciences, médecins, physiciens, bio-informaticiens, éthiciens,... conseillers scientifiques gouvernementaux, bailleurs de fonds, sont réunis à l'Université Rockefeller de New-York pour organiser et coordonner la recherche mondiale sur le cerveau.

 

Il s'agit là d'une première mondiale, à la hauteur du défi proposé.

 

Actuellement deux grands projets (que j'évoque ci-dessus) ont été initiés :

- le projet européen : the  "Human Brain Project"

- le projet américain "Brain Initiative", lancé par le Pdt Obama en 2013.

Il est clair que le coût colossal de ces recherches (qui faisait grincer quelques dents en Europe) ne pouvait qu'inciter au rapprochement.

 

 


Lausanne - (EPFL)
NEUROPOLIS intègre la plateforme de simulation du Blue Brain Project et gèrera les ressources du supercalculateur à distance. La plateforme accueillera les immenses bases de données nécessaires, dans le domaine des neurosciences.

 

VOIR HUMAN BRAIN PROJECT

 

 On peut mettre en parallèle le travail de plusieurs consortiums sur le cerveau et la réalisation de superordinateurs simulant des millions de connections neuronales avec le HGP (Human Genome Project).

 

Par exemple le "Human Brain Project " porté par l'Ecole Polytechnique de Lausanne, qui est un des deux FET Flagships (projet phare) de l'Union Européenne, vise à construire un " cerveau artificiel".

 

Comme pour le HPG, de nombreuses équipes, - de toutes disciplines - sont impliquées :  médecins, neuroscientifiques, physiciens, biologistes, informaticiens, bio-informaticiens, mathématiciens, statisticiens, chimistes, éthiciens, philosophes...

Le projet suscite néanmoins en Europe quelques controverses.

 

Les chercheurs disent avoir réalisé un cerveau simplifié de souris.

 

L'Amérique du nord n'est pas en reste. Des fonds considérables sont débloqués, notamment autour de " The Brain Initiative" soutenue par les  instances fédérales :  NIH, NSF, FDA... dont l'objectif est d'établir la carte des neurones du cerveau humain.

 

Les Canadiens de l'Université de Waterloo, développent le projet SPAUN (Sematic Pointer Architecture Unified Network) qui a pour but la réalisation du premier cerveau artificiel conçu à partir du modèle humain (un embryon à 2,5 millions de neurones a été décrit).

 

Enfin, il faut signaler les travaux de l'Institut des Neurosciences à La Jolla (San Diego) qui développe une approche théorique du fonctionnement du cerveau appelée modélisation neuronale synthétique ; une simulation informatique à grande échelle du système nerveux.

 

Le vieillissement du cerveau

Pietà du Titien, ca 1575 ( il avait 87 ans),  Gallerie dell'Accademia de Venise
Pietà du Titien, ca 1575 ( il avait 87 ans), Gallerie dell'Accademia de Venise

Quand on évoque le vieillissement du  cerveau, on met plutôt en avant les aspects négatifs : pathologies lourdes comme la maladie d'Alzheimer, ou bien d'autres maladies neurodégénératives. 

 

Pourtant, l'histoire propose maints exemples, dans tous les domaines, d'hommes et de femmes d'un 3ème âge "avancé", ayant conservé une grande créativité et une vivacité d'esprit remarquable. 

 

Faut-il oublier TitienSocrate, Léonard de Vinci et beaucoup d'autres ?

 

 

Un numéro spécial de la revue Science fait le point sur les mécanismes du vieillissement cérébral. 

 

Saint Jean Baptiste, Léonard de Vinci, 1515-1516 (il avait 64 ans), Musée du Louvre
Saint Jean Baptiste, Léonard de Vinci, 1515-1516 (il avait 64 ans), Musée du Louvre



En vieillissant, notre cerveau se réorganise en permanence en réponse à de nouvelles expériences, heureuses ou douloureuses. 

 

Même après des événements physiques ou psychologiques traumatisants, comme un accident vasculaire cérébral ou la disparition subite d'un être cher, l'étonnante plasticité du cerveau permet à tout âge de compenser (en partie) et de s'adapter.

 

Voir en particulier : 

 

Plasticité du cerveau vieillissant : Nouvelles orientations en neurosciences cognitives.

Angela Gutchess, Sciences, 31 Octobre 2014 : 579 - 582

 

 

 


 

 Rendu artistique d'un réseau neuronal avec une connexion artificielle dans un concept de nanotechnologie.
Rendu artistique d'un réseau neuronal avec une connexion artificielle dans un concept de nanotechnologie.

Sera-t-il bientôt possible de réparer certains de ces cerveaux présentant une pathologie ou bien même utiliser des neurones-robots ?

Pensez-vous qu'il sera bientôt possible d'atteindre la singularité ?

Pour comprendre ce qui se prépare pour votre cerveau, regardez ceci :

 

What is Singularity University?

 

... et lisez cela :

 

Ray Kurzweil: In The 2030s, Nanobots In Our Brains Will Make Us 'Godlike'

 

... mais ne croyez pas tout ce qui est écrit !

 

Un cerveau artificiel à 2,5 millions de neurones

C'est évidemment beaucoup moins que les 86 milliards d'un cerveau humain, mais SPAUN (Semantic Pointer Architecture Unified Network), concocté par une équipe de l'Université de Waterloo (Canada), est déjà capable d'effectuer des raisonnements mathématiques simples.

 

Il se distingue des travaux de l'Institut du cerveau de San Diego (NSI, La Jolla) par une bien meilleure approche du fonctionnement réel de notre cerveau. De plus, il peut accomplir plusieurs tâches à la fois.

 

Pour son créateur, le professeur Chris Eliasmith, directeur du Centre for Theoretical Neuroscience à Waterloo :

 

" C’est le premier modèle qui commence à présenter la façon avec laquelle nos cerveaux peuvent effectuer une grande variété de tâches de manière flexible; comment celui-ci coordonne la circulation de l’information entre les différentes zones pour présenter un comportement complexe."

 

Lire aussi : Construire le cerveau humainChristian K. Machens

 

" Tout comme les ingénieurs peuvent construire des voitures et des ordinateurs, car ils savent comment ils fonctionnent, nous serons en mesure de construire un cerveau [...], si nous comprenons les calculs qui sont effectués dans les diverses zones cérébrales, et la manière dont ces calculs sont mis en oeuvre au niveau des réseaux de neurones... "

 

La multiplication du nombre de connections neuronales est maintenant dépassée dans la course vers le cerveau artificiel !

 

Rappel : voir ci-dessus le projet Bluebrain de l'EPFL (Lausanne)

 

 

Cerveau on décode...

... vos rêves, vos pensées et même vos intentions !

Science et art : beau comme le cerveau en IRM

Neuron-Art by Google

Buiding dreams - Neural net “dreams”— generated purely from random noise, using a network trained on places by MIT Computer Science and AI Laborator
Buiding dreams - Neural net “dreams”— generated purely from random noise, using a network trained on places by MIT Computer Science and AI Laborator

Intelligence artificielle/RNA/Apprentissage automatique

Je suis une nouvelle fois bluffé par le travail des équipes de Google qui font feu de tout bois, dans les domaines scientifiques, médical, technologiques, artistiques... bref dans tout ce qui peut être impacté par les progrès des sciences numériques... c'est à dire dans beaucoup de choses !

 

Google s'investit actuellement dans l'intelligence artificielle et remet à la mode les réseaux de neurones artificiels (RNA) en vogue dans les années 60.

 

"Les RNA parviennent à reproduire certaines capacités de l’intelligence humaine à partir de neurones formels dont le fonctionnement est calqué sur celui des neurones biologiques. Il s’agit avant tout d’une tentative de modélisation des mécanismes élémentaires du cerveau humain dans ses capacités d’apprentissage, de mémorisation et de traitement de l’information."

Eloïse Berthier

 

Concrètement, le réseau de neurones est capable de classer de manière automatique des éléments d’un ensemble en différentes catégories. 

Il permet également de construire des prévisions s’appuyant sur un jeu de donnée de départ. Enfin, il s’avère particulièrement performant pour la reconnaissance automatique de formes, d’images et de sons. C’est précisément dans ce domaine que Google l’utilise actuellement.

 

En médecine, où l'imagerie fournit des quantités astronomiques de données, une voie de recherche  en plein essor est le « Machine Learning » (ML ou « apprentissage automatique ») :

 

« L’utilisation conjointe de quantités massives d’informations et d’algorithmes d’apprentissage relativement simples rend possible la solution de problèmes considérés il y a peu comme inaccessibles. » 

 

VOIR PAR EXEMPLE ICI

 

Parmi les exemples spectaculaires de ML on peut évoquer la réalisation d’une voiture en conduite autonome... par Google !

 

Tout récemment les ingénieurs de Mountain View ont publié des résultats impressionnants sur la capacité d’apprentissage et d’interprétation de formes à partir d’une image d’entrée. 

 

Le résultat de ces analyses par le RNA montre que le réseau fait preuve d’une « imagination » qui se situe entre le rêve, le mirage et l’hallucination psychédélique. On peut y voir aussi une forme de créativité artistique (le neuron-art) qui émerge de son... inconscient.

 

REGARDEZ LA GALERIE INCEPTIONNISTE DE GOOGLE