Dans le cadre de sa collaboration avec l'Université Hébraïque de Jérusalem, AtonRâ Partners a eu le plaisir d'accueillir le Professeur Idan Segev, Chef du Département de Neurobiologie de l'Université. AtonRâ Partners et Idan Segev partagent la même passion pour la recherche, et comme nous le disons toujours chez AtonRâ: la connaissance est la clé du pouvoir, mais partager cette connaissance est essentiel!

Il existe aujourd’hui de nombreux projets passionnants qui tentent de comprendre le fonctionnement du cerveau et ses maladies, le professeur Idan Segev a le pouvoir d’expliquer la complexité du sujet d’une manière très simple. Au cours de cette conférence, Idan a présenté ce que sera l’avenir de la recherche sur le cerveau et ses implications cliniques et technologiques. Les avancées incroyables en neurosciences, où la technologie rencontre les récentes découvertes en biologie, changeront la façon dont nous traitons de nombreuses maladies neurologiques, de la maladie de Parkinson à la maladie d’Alzheimer.

Avant de plonger dans les détails de certaines technologies, parlons un peu du cerveau. Le cerveau est une source étonnante de connaissances dont les scientifiques ne cessent d’apprendre. Il a inspiré une des technologies les plus incroyables aujourd’hui: l’Intelligence Artificielle/«Machine Learning».

Qu’est-ce qui rend notre cerveau si unique?

Tous les mammifères ont en commun un néocortex. Les Humains ont un néocortex évolué unique avec des milliards de cellules nerveuses (appelées neurones), et de nombreuses connexions entre ces cellules, appelées synapses. Ce réseau, qui ressemble à une immense jungle (mais qui ne l’est pas), génère des signaux électriques et chimiques qui nous permettent de bouger, parler, créer et ressentir.

La beauté du cerveau réside dans sa complexité: il peut être étudié à différents niveaux, de son génome à l’expression des protéines et à l’activité électrique, en passant par le fonctionnement du cerveau entier aux comportements.

Les Humains, ou Homo Sapiens Sapiens, sont apparus il y a environ 300 000 ans sur la Terre. Depuis, nous avons conservé le même génome, nous définissant comme une seule espèce. Par conséquent, tous les développements qui sont venus plus tard, le langage, l’art, l’informatique moderne, les mathématiques, ne sont pas dus à des changements génétiques mais plutôt à une évolution culturelle. Cela signifie que nous avons créé toutes ces inventions avec le même cerveau d’il y a 300 000 ans, et toutes les futures possibilités résident encore dans notre cerveau et restent à découvrir… (selon l’environnement et l’adaptation que notre cerveau subit avec le temps et le progrès). Il y a donc un énorme potentiel dans notre cerveau qui n’a pas encore été exprimé.

Que se passe-t-il dans ce cerveau qui est capable de créer encore et encore avec la même génétique. Quelle est la physique derrière tout cela ? Ces questions restent encore en suspens, mais voici quelques technologies étonnantes qui pourraient un jour nous aider à comprendre comment nous apprenons, créons, imaginons, aimons… mais aussi comment les maladies neurologiques se développent.

La technologie “Brainbow”

L’une de ces nouvelles technologies est appelée “Brainbow”, elle permet aux scientifiques de modifier génétiquement le cerveau d’une souris pour que ses neurones ressortent avec plusieurs couleurs plutôt que simplement montrer une matière grise ou blanche. Une équipe de chercheurs de l’Université d’Harvard a mis au point avec succès ce génome arc-en-ciel en y insérant des fragments d’ADN. Ces gènes codent pour des protéines fluorescentes. Lorsqu’elles sont exprimées, les cellules nerveuses deviennent colorées et le cerveau ressemble alors à un arc-en-ciel. Cette technologie permet d’étudier l’anatomie du cerveau d’une manière plus fine en explorant des questions telles que : qu’est-ce qui change dans votre cerveau vivant lorsque vous apprenez? Probablement, une grande partie de l’apprentissage est basée sur de nouvelles connexions synaptiques qui sont produites. Avec la technologie Brainbow, vous pouvez observer ces changements pendant le processus d’apprentissage.

Au cours du processus d’apprentissage, nous générons des millions de nouvelles synapses. Dans la maladie d’Alzheimer, cependant, ces connexions synaptiques ne fonctionnent plus correctement (et certaines meurent) – et les cellules ne communiquent alors plus entre elles. Le mécanisme de la mémoire est donc dramatiquement affecté.

La Stimulation Cérébrale Profonde

La prochaine technologie dans la recherche sur le cerveau mentionnée par le professeur Idan Segev est la Stimulation Cérébrale Profonde (The Deep Brain Stimulation). Le SBS est un traitement efficace pour les patients atteints de la maladie de Parkinson. Les chercheurs étudient également l’utilisation de la SBS pour traiter d’autres maladies, telles que la dépression ou les complications des suites d’un AVC.

Mais revenons à la maladie de Parkinson. Elle affecte ce qu’on appelle les ganglions de la base ou noyaux gris centraux. Les millions de cellules de cette partie du cerveau produisent la dopamine, un transmetteur clé, ou agent chimique responsable de l’envoi de messages parmi le réseau de neurones de cette région. Dans la maladie de Parkinson, les cellules dopaminergiques individuelles ne produisent plus cette dopamine. Sans cet agent chimique, les patients ne peuvent plus contrôler et coordonner leurs mouvements. Le manque de dopamine peut être remplacé par des traitements chimiques, mais ce traitement ne fonctionne plus correctement à long terme.

Les chercheurs ont donc proposé une nouvelle approche pour traiter la maladie de Parkinson. Ils ont observé que la maladie de Parkinson génère une mauvaise activité électrique dans les ganglions de la base. La stimulation cérébrale profonde, grâce à une électrode implantée au bon endroit, “pulse” le cerveau et permet de récupérer en grande partie une activité normale. Elle peut aider à améliorer le contrôle des mouvements d’une manière plus stable (et homogène) que les médicaments de remplacement de la dopamine. Les résultats sont incroyables et les patients peuvent avoir une vie presque normale. Vous ne réparez pas la maladie, mais vous réparez les symptômes.

Le «Blue Brain Project»

La mission du Blue Brain Project est de modéliser, sur un ordinateur, l’activité du réseau neuronal et ses connexions synaptiques. L’objectif est de développer une copie numérique du cerveau pour comprendre le cerveau et construire de nouvelles technologies inspirées par le cerveau.

Que signifie modéliser un cerveau? Il s’agit d’écrire des équations mathématiques dont les solutions génèrent des signaux qui imitent étroitement l’activité électrique des neurones réels. Avec une puissance de calcul suffisante, la simulation est possible non seulement pour une cellule, mais aussi pour des millions de cellules. La réplication mathématique des connexions synaptiques est également essentielle. En effet, les réactions chimiques entre les cellules sont également reproduites par d’autres ensembles d’équations. Ce projet offre une approche radicalement nouvelle pour comprendre la structure et les fonctions du cerveau.

Les chercheurs ont terminé la première phase du projet : ils ont réussi à traduire les propriétés biologiques d’un fragment de cerveau de rat en simulation mathématique ; ils ont modélisé 10 000 neurones virtuels reliés ensemble par 30 millions de synapses. Le Blue Brain Project vise à terme à reproduire l’ensemble du cerveau humain.

Biologie et technologie: indissociables

Nos cerveaux continueront bien sûr à inspirer des nouvelles technologies comme l’IA. Mais, la technologie aide également les scientifiques à comprendre les maladies d’une nouvelle façon. Cependant, le cerveau est un système très compliqué et pas si facile à réparer en cas de dysfonctionnement. Mais ce que nous savons, c’est que chaque maladie du cerveau est due à un dysfonctionnement d’un type spécifique de cellule(s). Le cerveau est une jungle complexe avec différents types de cellules responsables d’une activité spécifique dans le circuit. L’un des principaux défis dans les prochaines années à consistera à lier les types de cellules à une maladie particulière. Vous serez alors en mesure de cibler un type de cellule spécifique et, espérons-le, de traiter la maladie correspondante. La stimulation électrique est plus locale que la médecine chimique. Cependant, elle touche encore tous les types de cellules de la région. Il existe une nouvelle technologie appelée optogénétique, une combinaison d’optique et de génétique, qui permet de cibler une cellule spécifique et de stimuler «optiquement » cette cellule et non celles qui sont proches. L’avenir de la médecine réside dans un traitement ciblé où l’on peut viser un seul type de cellule pour traiter une maladie particulière et non pas seulement provoquer un effet général.

Nous vous invitons tous à découvrir un nouveau site internet fantastique, Frontiers for young minds, où la science est expliquée par des scientifiques aux enfants. Tous les articles publiés sont revus par les enfants. L’éducation et l’implication des générations futures sont importantes pour accélérer l’innovation et développer les connaissances. Asseyez-vous avec vos enfants et apprenez avec eux!

 

Nous vous invitons également à visionner la vidéo (en anglais) de la conférence

 


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