Les Sceptiques du Québec

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À partir d’avant-hierLe blog du cerveau à tous les niveaux - Niveau intermédiaire

Cartographier des réseaux de milliards de neurones à l’échelle du cerveau entier

Avec la cinquième séance du cours «Notre cerveau à tous les niveaux» qui aura lieu mercredi le 11 décembre prochain, on boucle déjà la première moitié de cette aventure qui se poursuivra après les Fêtes avec cinq autres séances, toujours en collaboration avec l’UPop Montréal et le café Les Oubliettes. Comme je l’ai fait depuis le début de ce cours, je publie cette semaine un premier billet pour soulever quelques questions générales reliées à cette séance intitulée « Cartographier des réseaux de milliards de neurones à l’échelle du cerveau entier  ».

Pour ceux et celles qui auraient manqué les premiers épisodes, je vous résume en une phrase chacun les quatre premier de cette série dont Netflix ne m’a pas encore demandé les droits, on se demande bien pourquoi…  ;-)   Cette histoire « dont vous êtes le héros ou l’héroïne » avait donc débuté par une question digne d’un enfant de sept ans, et donc d’une grande difficulté : que pouvons-nous connaître ? Et après vous avoir convaincu que cela dépendait du type de système nerveux et de corps que vous aviez, on était parti à la recherche des origines de ceux-ci. Une quête épique qui nous avait mené jusqu’au moment où, il y a un peu plus d’un siècle, des humains avaient commencé à déchiffrer la grammaire de base de la communication neuronale. Il n’en fallait pas plus pour que, une fois entré en scène, ce neurone se connecte à un autre, puis à quelques autres, et rapidement à des milliers et des millions d’autres formant autant d’architectures neuronales complexes qu’il y a de structures cérébrales différenciées dans notre cerveau.

Et nous voilà donc rendu au début de ce cinquième épisode, nous demandant si cette histoire déjà passablement emberlificotée pourra encore se complexifier davantage. Eh bien la réponse est oui ! Comment ? En considérant maintenant les interactions de toutes ces structures cérébrales dans leur ensemble et en présentant différentes façons de cartographier ces milliards de neurones ! Et ce faisant, je serais l’homme le plus heureux du monde si je réussissais à vous faire passer d’une conception du cerveau comme un organe constitué d’aires bien délimitées correspondant à des fonctions précises (conception qui prévaut encore dans bien des manuels scolaires avec de belles couleurs pour chaque région), de vous faire passer, donc, de cette conception traditionnelle à une conception plus contemporaine où notre cerveau, en plus d’être extrêmement plastique comme on l’a vu la semaine dernière, manifeste une relation structure-fonction complexe impliquant d’innombrables réseaux. En d’autres termes, amener l’idée qu’aucune région cérébrale n’agit jamais seule et ne correspond qu’à une seule fonction.

Voici quelques liens vers des billets de ce blogue qui ont d’ailleurs déjà abordé cette question :

Nous sommes tous un réseau complexe

La collaboration entre différentes régions cérébrales

Des réseaux… à tous les niveaux !

 

Poursuivons avec une petite parenthèse sur la relation structure-fonction. Déjà dans son livre Problems of Life (1952), le biologiste Ludwig von Bertalanffy attirait l’attention sur le fait qu’il y a une fausse distinction entre structure et fonction. Elle nous vient des machines fabriquées par les humains où les deux sont aisément discernables. Mais dans le vivant, il s’agit simplement de deux échelles de temps différentes. Ce qu’on appelle « fonction » découle par exemple de processus changeants à l’échelle des secondes (l’activité nerveuse qui nous permet de marcher, parler, manger, etc.). Ou encore la plasticité neuronale à la base de tout apprentissage, avec les changements synaptique qui lui sont associés, sont des phénomènes qui se produisent à l’échelle des minutes, des jours ou des semaines. Mais ce qu’on appelle « structure », écrivait Bertalanffy, n’est rien d’autre au fond que des processus également changeants mais sur une échelle de temps beaucoup plus longue (nos membres antérieurs anciennement des nageoires, et devenus des ailes chez d’autres espèces). Autrement dit, la forme des corps des organismes vivants se modifie aussi pour mieux s’adapter, mais sur une échelle de temps de milliers et de millions d’années… Fermer la parenthèse.

On continue en présentant quelques sujets qui seront abordés durant cette cinquième séance. Pour débuter, on décrira quelques premières tentatives de cartes cérébrales, notamment celle de Brodmann qui avait eu la bonne idée d’en délimiter les régions en se basant sur la cytoarchitecture du cortex, c’est-à-dire la densité neuronale, la taille des neurones ou le nombre de couches observées sur des coupes histologiques.

Se repérer sur le cortex grâce aux aires de Brodmann

 

On poursuivra avec les techniques d’imagerie cérébrale actuelles, d’abord celles qui permettent de visualiser l’anatomie du cerveau, tant sa matière grise (où sont les corps cellulaires des neurones) que sa matière blanche (les faisceaux d’axones myélinisés). Parce qu’il y a tellement de niveaux d’organisation du neurone au cerveau entier comme on l’a vu à date dans ce cours, on verra que les cartographies cérébrales n’ont pas le choix de se concentrer à un seul niveau (micro, méso ou macro). Et qu’il est plus facile d’établir d’abord des cartes de cerveau de souris que d’humains.

Cartographier tous les circuits du cerveau de la souris

Des synapses microscopiques et des microscopes gigantesques        

Une représentation 3D à l’échelle du nanomètre du cortex de souris

Premier atlas virtuel en 3D de toutes les cellules du cerveau de souris

Aidez à cartographier nos connexions neuronales

Trois atlas de vrais cerveaux humains accessibles en ligne

 

On présentera ensuite quelques techniques d’imagerie cérébrale fonctionnelle qui permettent littéralement de voir nos réseaux cérébraux s’activer. Mais le piège ici, avec les belles taches de couleurs fluos qu’on voit circuler dans les grands médias, c’est d’imaginer que seules ces régions sont actives durant telle ou telle tâche. Alors que les spots de couleur que l’on voit constituent une soustraction entre un état d’activité impliquant l’ensemble du cerveau durant une tâche contrôle et la tâche demandée. Sans parler d’autres limites méthodologiques inhérentes au type de mesure que prennent ces appareils que nous évoquerons comme je l’avais fait dans ce blogue par le passé.

Les limites de la cartographie cérébrale

L’imagerie cérébrale sous le feu des critiques

Cerveau dynamique en 3D : splendide mais flou explicatif

« La cognition incarnée », séance 6 : La cartographie du connectome humain et ses limites à différentes échelles

 

Une critique plus générale que l’on détaillera un peu est celle de la tentation d’accoler des étiquettes fonctionnelles trop précises à des régions particulières du cerveau, histoire de ne pas retomber dans une forme de phrénologie moderne.

La « réutilisation neuronale » pour enfin sortir de la phrénologie ?

« La cognition incarnée », séance 9 : Le débat sur la spécialisation fonctionnelle du cerveau (ou comment sortir de la phrénologie)

 

Nous examinerons en ce sens quelques exemples des limites d’une pensée trop « modulaire » à propos du cerveau, dont la fameuse aire de Broca et celle « de la reconnaissance des mots ».

Après « L’erreur de Descartes », voici « L’erreur de Broca »

Parler sans aire de Broca

Les neurones de la lecture

 

Car l’on sait maintenant qu’à tout moment des assemblées de neurones transitoires s’associent pour former des réseaux largement distribués à l’échelle du cerveau entier. Et nous examinerons plus en détail l’un d’eux, le « réseau du mode par défaut », l’une des configurations dans laquelle se retrouve notre cerveau le plus souvent.

Le réseau cérébral du mode par défaut

Qu’est-ce qui détermine « ce qui nous trotte dans la tête » ?

De l’utilité des vacances pour explorer deux grands modes cérébraux

Activités littéraires et du réseau du mode par défaut

 

Pour terminer, on dira quelques mots sur l’organisation générale de nos réseaux cérébraux et de leur connectivité plus ou moins changeante selon les circonstances.

La lecture d’un roman augmente la connectivité de régions cérébrales

Des prédictions étonnantes basées sur la connectivité cérébrale

Nos réseaux cérébraux s’inscrivent dans un gradient « unimodal – multimodal »

Chaque semaine pendant un an et demi, il prend en photo… son cerveau!

L’hyperscanning montre une synchronisation cérébrale entre les cerveaux de deux locuteurs

 

Des circuits de millions de neurones : plaisir, douleur, apprentissage, mémoire

On reprend cette semaine cette série de billets de blog automnaux en lien avec le cours «Notre cerveau à tous les niveaux» donné en collaboration avec l’UPop Montréal au café Les Oubliettes. Comme je n’ai pas fait la semaine dernière un premier billet pour soulever quelques questions générales reliées à cette séance, je ferai simplement une présentation du plan de match de ce qui vous attend ce mercredi 27 novembre lors de notre quatrième séance intitulée « Des circuits de millions de neurones : plaisir, douleur, apprentissage, mémoire ».

Donc après avoir montré lors de la première séance que la structure particulière de notre corps (en particulier de notre système nerveux) détermine ce qui pourra être connaissable pour nous ; après avoir constaté lors de la deuxième séance que cette structure est le fruit d’une très longue évolution (cosmique, chimique et biologique) ; après avoir compris il y a deux semaines la grammaire de base qui permet à nos neurones de communiquer rapidement entre eux ; entrent maintenant en scène des circuits faits de nombreux neurones.

On va donc débuter cette quatrième séance en montrant que des circuits de quelques neurones seulement peuvent déjà accomplir des calculs (ou des « computations ») assez compliqués et qui évoquent déjà certains aspects de nos sensations subjectives : la douleur d’une piqure versus la douleur d’une brûlure, l’augmentation du contraste à la frontière d’une surface gris pâle ou gris foncé, le classement d’objets semblables en différentes catégories, etc.

On verra ensuite comment des millions de neurones s’interconnectent pour former des structures cérébrales différenciées et comment ces circuits particuliers contribuent à des comportements essentiels. D’abord ceux impliqués dans notre survie immédiate, comme manger, boire et se reproduire. On prendra l’exemple de l’hypothalamus pour montrer comment ces structures cérébrales sont en fait constituées de nombreuses sous-régions (ou « noyaux », qui veut dire ici amas de cellules nerveuses, à ne pas confondre avec le noyau d’une cellule particulière où l’on retrouve l’ADN). Comment certains de ces noyaux font office de voie d’entrée ou de sortie de la structure en question, mais surtout comment ils sont richement interconnectés entre eux et avec d’autres noyaux d’autres structures cérébrales.

On présentera par exemple les connexions qui unissent l’aire tegmentale ventrale et le noyau accumbens formant ce qu’on appelle parfois le faisceau de la récompense favorisant la recherche de plaisirs et l’évitement douleur. On comprendra que ce circuit est forcément en lien avec ceux de l’hypothalamus impliqués dans nos besoins fondamentaux, mais qu’il pourra aussi renforcer positivement des réussites plaisantes apprises.

Cela nous amènera à présenter une autre structure cérébrale de quelques millions de neurones qui est fortement impliquée dans le stockage de nos bons coups et de nos mauvais coups : l’hippocampe.  Ce cortex très ancien n’a pas de noyaux particuliers mais une structure en couche (cependant moins stratifiée que le néocortex). Il y a toutefois plusieurs structures corticales qui constituent les portes d’entrée de ce réseau en série qu’est l’hippocampe (avec son circuit qui va du cortex entorhinal au gyrus dentelé, puis CA3, CA2, CA1, subiculum, et retour au cortex entorhinal).

Le reste de la séance tournera autour de divers aspects de l’hippocampe et son rôle central dans l’apprentissage et la mémoire. On évoquera d’abord l’évolution de nos différents types de mémoire en commençant par les plus simples, comme la simple habituation ou l’inverse, la sensibilisation générale de l’organisme. On verra que les travaux des années 1960-70 sur des invertébrés possédant déjà ces capacités d’apprentissages nous ont permis d’en découvrir les bases cellulaires et moléculaires. On s’élèvera ensuite dans l’arbre évolutif pour découvrir les apprentissages associatifs plus complexe, conditionnement classique (pavlovien) et opérant en tête. Puis, après mention de notre mémoire procédurale, celle de nos habiletés motrices, nous délaisseront ces mémoires dites « implicites » qui nous permettent d’apprendre des choses sans trop s’en apercevoir (et sans pouvoir les nommer avec le langage) à nos deux types de mémoire « explicites », la mémoire épisodique et la mémoire sémantique.

Les souvenirs créés avec celles-ci peuvent se dire avec des mots, comme le trajet autobiographique de notre vie dans le temps (mémoire épisodique) ou la carte conceptuelle de nos connaissances sur le monde (mémoire sémantique). Une comparaison avec la fonction principale de l’hippocampe de rat (la mémorisation spatiale) nous permettra de présenter un concept important pour comprendre notre cerveau dans une perspective évolutive, celui de « recyclage neuronal ». Autrement dit, l’idée que des structures de notre cerveau, comme l’hippocampe, ont pu être sélectionnées pour une certaine fonction, mais que nous pouvons maintenant recycler cette fonction première pour autre chose. Et l’on verra que nos deux types de mémoire déclarative, épisodique et sémantique, semblent réutiliser deux façons de calculer nos déplacements dans l’espace pour nous aider à retenir ce qu’on a fait dans notre vie passé ou les connaissances interreliées que l’on a aujourd’hui.

Chose certaine, sans hippocampe on semble incapable d’emmagasiner de nouveaux éléments dans ces deux types de mémoire, comme le montre l’histoire du célèbre patient H.M. dont on va présenter les « faits saillants ». On survolera ensuite rapidement quelques mécanismes de plasticité synaptique découverts dans les années 1970-80-90 dans l’hippocampe de rat et qui ont ouvert la porte à la reconnaissance de ces mêmes phénomènes chez l’humain par la suite.

Ayant constaté la facilité avec laquelle nos neurones sont constamment en train de se « recâbler », on sera mieux en mesure de comprendre ce qui constitue la trace physique ou « l’engramme » d’un souvenir. La notion de réseau de neurones sélectionnés par un apprentissage répété dans lequel circule une activité nerveuse transitoire nous amènera naturellement vers les processus de rappel de ces souvenirs. Rappel suivi d’un réencodage qui fait en sorte que la mémoire humaine est davantage une affaire de reconstruction que de récupération à l’identique de « 0 » et de « 1 » comme sur le disque dur d’un ordinateur.

Finalement, après la pause et quelques questions et échanges sur la première heure de la séance, on pourra dire quelques mots sur les nombreux facteurs qui influencent l’apprentissage et la mémoire. Et sans doute aussi donner quelques trucs mnémotechniques en lien avec ceux-ci.

Un café philosophique sous le thème « Sciences cognitives et libre arbitre »

Cette semaine, au lieu de vous faire un premier billet sur ma prochaine séance du cours «Notre cerveau à tous les niveaux» qui aura lieu le mercredi 27 novembre prochain, je fais une petite parenthèse pour vous parler d’un autre cours de l’UPop Montréal qui se donnera ce soir au même café Les Oubliettes. Il s’agit du cours Cafés philosophiques. 10 ans, 10 discussions animé par Frédéric Legris, professeur de philosophie au cégep de St-Jean-sur-Richelieu. Ce cours se veut une rétrospective bonifiée des 10 ans de l’UPop Montréal : un.e professeur.e d’un ancien cours de chaque année de l’UPop vient rappeler un enjeu majeur développé dans cet ancien cours qui devient le point de départ d’une discussion collective à visée philosophique. Et ce soir, en tant qu’ancien prof du cours Parlons cerveau de l’UPop, c’est moi qui ai l’honneur de démarrer la discussion avec une courte présentation sur le thème : « Sciences cognitives et libre arbitre : de nouveaux paradigmes qui éclairent la question« .

Dans l’une des séances de ce cours, j’avais en fait un survol de ce que les neurosciences pouvaient apporter au débat sur la question du libre arbitre. De nouvelles approches, notamment au niveau de la prise de décision, offrent depuis quelques années des alternatives intéressantes entre un déterminisme physicochimique implacable et une liberté absolue. Mais pour comprendre de quoi il en retourne, il faut remettre en question le lourd héritage dualiste encore présent dans nos sociétés et penser ces questions avec de nouveaux concepts comme les affordances, l’autorégulation, le contrôle de soi, l’inhibition d’automatismes, les prédispositions évolutives ou la conquête de degrés de liberté.

J’ai pensé qu’il serait intéressant de donner accès au petit texte que je vais lire pour ouvrir la discussion de ce soir. Qui sait, cela vous donnera peut-être le goût de venir en discuter avec nous ? Le texte se décline en 5 sections et une brève conclusion.

1) « Libres ou déterminés »
La question du libre arbitre est souvent soulevée en demandant : sommes-nous libres ou déterminés ? On va revenir tantôt sur le caractère sans doute trop tranché et dichotomique de cette question, mais je voudrais commencer par définir un peu ce qu’on entend par libre et par déterminé.

Libre :
On a tous le sentiment intime que c’est nous qui décidons ce que nous faisons, que c’est notre pensée qui est à l’origine de nos actes. Notons tout de suite le caractère dualiste de cette affirmation : une entité qui semble immatérielle, notre pensée, influence le monde matériel dont notre corps fait partie. Constatons aussi que cette idée de liberté individuelle est profondément ancrée dans nos sociétés à travers surtout l’idée de responsabilité individuelle. On n’a qu’à penser à nos systèmes de justice qui sont basés en grande partie sur cette responsabilité individuelle. Ou encore aux religions où encore une fois on postule qu’un individu a le choix de faire le bien ou le mal par exemple, et donc s’il choisit le mal c’est qu’il commet librement un péché… Notons enfin qu’avec des slogans comme « Liberté, égalité, fraternité », une nation peut amener de milliers de jeunes gens à aller à la guerre se faire tuer « librement » pour la patrie.

Déterminé :
À l’exception des lois de la physique quantique de l’infiniment petit qui sont de nature probabiliste, les lois du monde physique à notre échelle où à l’échelle cosmique sont déterministes (un effet va produire la même cause). Même les systèmes complexes dynamiques avec des milliards de particules en interaction où l’on ne peut faire de prédictions au-delà d’un certain horizon, comme le climat par exemple, sont des systèmes chaotiques déterministes, i.e. avec des caractéristiques qui empêchent de décrire avec précision l’état du système sur le long terme. Et donc toutes les explications par exemple en biologie et en neurobiologie sont de nature déterministe.

C’est ce qui a amené certaines personnes, comme Henri Laborit dans les années 1970, à adopter une thèse forte contre le libre arbitre absolu tel qu’on le présente souvent puisque pour Laborit: « Nos comportements sont entièrement programmés par la structure innée de notre système nerveux et par l’apprentissage socio-culturel. »

Structure innée de notre système nerveux :
C’est la mémoire de notre espèce encodée dans nos gènes détermine les grandes lignes de notre câblage cérébral d’être humain. Boire, manger, se reproduire, s’abriter… bref, maintenir sa structure d’organisme vivant ! Donc des comportements d’approche des ressources, de recherche de plaisir, et des comportements d’évitement des dangers et de la douleur. Par exemple, la réaction de stress aigu qui a été sélectionnée pour fuir ou lutter contre une menace. Ce mécanisme est toujours présent en nous, mais dans nos sociétés très différentes de l’environnement dans lequel nous avons passé l’immense majorité de notre histoire évolutive, ce stress devient souvent chronique est très néfaste pour la santé ! Ce que Laborit appelait l’inhibition de l’action, et qu’on appelle aujourd’hui burn out, anxiété, dépression…

L’apprentissage socio-culturel :
Durant notre vie on va engrammer l’histoire de nos interactions avec le monde dans certaines connexions neuronales qui vont être renforcée au détriment d’autres. Laborit a insisté très tôt sur le fait que plein de choses s’imprègnent dans notre système nerveux sans que l’on s’en rende compte. Il écrivait par exemple dans Éloge de la fuite : « Je suis effrayé par les automatismes qu’il est possible de créer à son insu dans le système nerveux d’un enfant. Il lui faudra dans sa vie d’adulte une chance exceptionnelle pour s’évader de cette prison, s’il y parvient jamais. ». Toute la publicité est basée sur cette idée d’associer un sentiment positif à une marque de lessive, par exemple. Mais c’est aussi le cas des normes sociales et des automatismes culturels qui entrent constamment à notre insu dans notre cerveau.

2) Motivation inconsciente et langage conscient.
Comment Laborit explique-t-il alors cette sensation de liberté que nous ressentons ? Rentre ici une distinction importante entre motivation inconsciente et langage conscient. Car derrière la moindre action, il y a une « motivation » qui est le plus souvent inconsciente parce qu’elle résulte de processus cérébraux inconscients (comme innés ou acquis comme on vient de l’évoquer). Et donc pour des gens comme Laborit, la sensation de liberté qu’on ressent s’explique du fait que ce qui conditionne notre action est généralement du domaine de l’inconscient (l’inconscient « cognitif », l’automatisation innée ou acquise de nos comportements) et que par contre le langage qui nous permet de commenter nos comportement relève d’un discours logique qui lui est du domaine conscient.» Et donc c’est ce discours, logique et conscient qui nous donnerait cette impression de libre choix.

Et aujourd’hui, bon nombre de neurobiologiste qui s’intéressent à cette question estiment que la plupart de nos décisions rapides ne relèvent pas du libre arbitre, mais bien de ces processus inconscients automatiques. « Ce qu’on considère comme décision consciente n’est souvent que la manifestation tardive d’un processus qui s’est effectué un petit peu plus tôt », affirme par exemple Thomas Boraud, soutenant que des tests mesurant l’activité cérébrale ont démontré que l’activité électrique précède la prise de décision. Plusieurs expériences en imagerie cérébrales ont produit des résultats allant en ce sens.

3) Comment décider sans que « je » décide ?
Le schéma classique de la prise de décision est : perception, manipulations de représentations, décision, préparation du mouvement, action. Selon ce schéma traditionnel, on conçoit la prise de décision de façon sérielle :
1- Quoi faire ? On prend la décision, on sélectionne le bon choix.
2- Comment le faire ? On spécifie les commandes motrices appropriées et on exécute le mouvement.
Il nous faudra distinguer ici prise de décision rapide (en secondes, par exemple quel dessert à la cafétéria, ou quel sac de riz à l’épicerie; ou en fraction de secondes : quelle pomme dans le panier, passer à droite ou à gauche de telle personne dans une foule) et plus longue (exemple : jouer un coup aux échecs, ou choisir avec quelle personne on veut avoir des enfants ; qui est un cas particulier qu’on évoquera un peu plus tard).

Or pour nombre de décisions simples et rapides, les données expérimentales n’appuient pas le schéma classique : « décision  préparation du bon mouvement  action ». Il n’y a donc pas de « centre de décision… » ou de quoi que ce soit dans le cerveau (amènerait régression à l’infini). Depuis une décennie ou deux, les sciences cognitives ont délaissé ce schéma classique pour aller vers des représentations « pragmatiques ». Bref, on perçoit le monde dans une perspective d’actions suggérées par des affordances.

Donc sans qu’on en ait conscience, selon les « affordances » de notre environnement à un moment donné, on fait des simulations et des prédictions, encore souvent inconscientes, en fonction de ses modèles internes (fruit de ses apprentissages) sur les actions possibles qui s’offrent à nous dans cet environnement particulier. Ainsi, depuis une vingtaine d’années on sait que la simple perception de l’anse d’une tasse active la simulation de systèmes moteurs de la main correspondants à l’action de prendre la tasse. Autre exemple, face à deux objets que l’on peut prendre avec la main, les neurones qui répondent préférentiellement aux deux directions intéressantes (aux deux affordances) augmentent leur activité. Et à un moment donné, un groupe de neurones remporte la « compétition » grâce à la prédominance de son activité et il y a sélection d’une action qui est exécutée.

Donc il y a toujours à tout moment des processus d’attention aident à spécifier des groupes de neurones qui augmentent leur activité (cerveau « actif » qui projette ses prédiction sur le monde, plutôt que « passif » qui attend ses inputs…). C’est à partir de là qu’a lieu la compétition (par inhibitions réciproques) et qu’un groupe de neurone « gagnant » va être éventuellement être sélectionné. Et cette compétition peut se gagner à différents endroits dans le cerveau. On ne peut pas associer la prise de décision à une structure cérébrale particulière.

Ce schéma montre aussi que plus l’on a de temps pour prendre une décision, plus il y aura d’interactions possibles entre plusieurs régions cérébrales. Lors de délibérations plus longues (de « choix rationnel »), il y a tout un tas d’aller-retour entre un processus inconscient, la rétrospection de la conscience et ainsi de suite. Et cela se fait en fonction de notre expérience de vie mémorisée, depuis la conception jusqu’au moment actuel.

4) L’impression de responsabilité et la vie sociale
Et c’est souvent ces délibérations intérieures plus longues que l’on peut interpréter avec des mots, avec ce langage conscient, qui nous donne l’impression de libre arbitre. Selon certains, cette impression de libre arbitre a pu avoir un avantage évolutif, puisqu’elle permet la construction des sociétés : « Il n’y a pas de société possible si l’on ne se sent pas responsable. » (T. Boraud) Si on passe son temps à essayer de se déresponsabiliser en disant des choses comme «j’étais hors de moi» ou «j’ai été émotif, je n’étais pas moi-même», cela ne crée pas de très bons liens sociaux… Faire partie d’un groupe humain nécessiterait donc « l’émergence », pour le dire comme Michael Gazzaniga, d’un certain sens de la responsabilité. L’impression de libre arbitre qui vient avec cette responsabilité individuelle découleraient de ces règles sociales qui émergent quand plusieurs cerveaux interagissent les uns avec les autres. Une espèce comme la nôtre, où les individus sont extrêmement interdépendants, n’aurait pas pu évoluer sans ce sentiment que chacun est un agent libre et responsable de ses actes…

5) Des degrés de liberté ?
Considérant tout cela, on peut aussi penser que différents individus peuvent se sentir plus ou moins libre ou déterminés. Bref, qu’il s’agit davantage d’une question de degré… Cette idée est intéressante car elle sous-tend ce qu’on pourrait appeler la « conquête de degrés de liberté », un détournement de nos déterminismes à notre avantage par leur compréhension. Mais elle nécessite de sortir de la dichotomie « liberté / déterminisme » pour aller vers de nouveaux concepts qui auraient à la fois des affinités avec les neurosciences et avec la notion de responsabilité.

La philosophe des neurosciences Patricia Churchland propose de distinguer un cerveau en contrôle d’un cerveau qui a moins ou plus du tout de contrôle (3 exemples : Alzheimer, Phineas Gage, dépendance) (amène plus de tolérance envers autrui peut-être aussi…)

Le psychologue Roy Baumeister suggère pour sa part que nous parlions simplement :
1- d’aptitudes au choix rationnel (capacité de simuler à l’avance les conséquences de l’action, calcul coût-bénéfice, raisonnement logique, etc.)
2- de mécanismes d’autorégulation (envers des options plus ou moins automatiques que génère notre cerveau, autrement dit inhiber une réponse spontanée ou automatisée pour y substituer une réponse plus raisonnée)

Cependant, ces processus peuvent se heurter à des limitations cognitives importantes:
- l’aptitude à faire choix rationnels : sont relatifs à la possession de certaines compétences apprise (maîtrise du langage, des raisonnements logiques, etc.), donc lié à l’éducation
- L’autorégulation : opère en utilisant des ressources cognitives limitées ce qui peut être plus difficile quand on a beaucoup de préoccupations, par exemple quand on est tout en bas du spectre socioéconomique. Simplement parce que quand tu es pauvre, chaque décision requiert plus de calculs dus à tes ressources limitées.

En conclusion :
Les neurosciences ne peuvent peut-être pas nous rendre plus libres, mais peut-être plus attentifs à toutes ces « décisions par défaut » que prend constamment notre cerveau. Et peut-être pourra-t-on exercer alors un meilleur contrôle sur nous-mêmes et ainsi conquérir quelques petits degrés de liberté…

Ce qui rejoint Henri Laborit qui écrivait :
« Tant que l’on a ignoré les lois de la gravitation, l‘Homme a cru qu’il pouvait être libre de voler. Mais comme Icare il s’est écrasé au sol. Lorsque les lois de la gravitation ont été connues, l‘Homme a pu aller sur la lune. Ce faisant, il ne s’est pas libéré des lois de la gravitation mais il a pu les utiliser à son avantage. »

Ce qui rejoint aussi John Dylan Haynes (qui a fait des expériences d’imagerie cérébrale sur la prise de décision) :
“Soudainement j’ai eu cette vision d’un univers entièrement déterminé et de ma place dans cet univers avec tous ces moments où on a l’impression de prendre des décisions qui ne seraient au fond qu’une chaîne de réactions causales.
La problème, c’est que dès qu’on se remet à interpréter le comportement des gens dans nos activités de tous les jours, ça nous est virtuellement impossible de conserver cette vision déterministe des choses…”
Autrement dit, on semble condamné à « faire comme si » l’on était libre.

De l’origine de la communication neuronale aux ordinateurs fabriqués par des cerveaux humains

La troisième séance du cours  «Notre cerveau à tous les niveaux» que j’ai le plaisir de donner en collaboration avec l’UPop Montréal aura lieu ce mercredi 13 novembre à 19h au café Les Oubliettes. Intitulé intitulée « L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux », j’en ai présenté les grandes lignes ici la semaine dernière. Comme je l’avais expliqué dans le billet qui présentait ce projet, je voudrais cette semaine m’attarder sur certains aspects plus spécifiques de cette séance qui nous amèneront à parler des différences entre le cerveau et l’ordinateur, question que l’on abordera après la pause mercredi, donc après la première heure durant laquelle nous aurons présenté la grammaire de base de la communication entre nos neurones.

Repartons de la séance précédente où nous avions présenté cette étape importante de l’évolution que fut l’avènement des systèmes nerveux. Nous avions vu qu’ils allaient permettre à des organismes pluricellulaires, grâce à ce qu’on appelle la « boucle sensorimotrice », de percevoir dans leur environnement les ressources qui leur sont nécessaires (n’étant pas, comme les plantes, capables d’utiliser directement l’énergie solaire par la photosynthèse) et d’agir par la suite dans cet environnement pour accéder à ces ressources. Tous les animaux ont ainsi des neurones sensoriels pour sentir le monde et des neurones moteurs pour bouger dans celui-ci. Et en bougeant, les perceptions sensorielles vont se modifier constamment en temps réel, de sorte que ce qu’on appelle la cognition peut être vu comme ce flux ininterrompu de perception et d’action d’un corps et d’un cerveau situés dans un environnement.

Il est parfois difficile de reconnaître que cette boucle est encore à la base des systèmes nerveux des d’animaux comme les primates tellement nous avons « d’interneurones », c’est-à-dire de neurones qui ne sont ni sensoriels ou moteurs dans le cerveau. Des neurones qui reçoivent des influx nerveux des neurones sensoriels et qui transmettent ces signaux à d’autres neurones, puis à d’autres neurones, etc, etc. Et à un moment donné, après toutes sortes de détours d’une indescriptible complexité, un neurone moteur va recevoir des signaux de certains de ces neurones et va pouvoir commander (ou pas) à un muscle de se contracter pour faire bouger l’animal.

Or on l’a dit aussi, ce qui distingue le système nerveux des autres systèmes de communication dans le corps humain comme le système endocrinien ou le système immunitaire, c’est sa rapidité. Entre une perception et une action adaptée à la situation, il peut en effet s’écouler qu’une seconde, ou même une fraction de seconde. Comment les nombreux neurones de notre système nerveux s’y prennent-ils pour communiquer aussi rapidement ? Voilà un peu ce que cette troisième séance va essayer d’expliquer…

Je me contenterai cependant ici de rappeler cet article paru en 2014 d’Antonio Damasio et ses collègues que j’avais présenté dans ce blogue sous le titre De l’excitabilité membranaire à la conscience subjective. Ces auteurs s’étaient interrogés sur la nature des perturbations qui pouvaient en quelque sorte alerter la cellule nerveuse sensorielle qu’il se passait « quelque chose » qui la concerne dans l’environnement. Et ils constataient que c’était toujours au départ de petits ions positifs, essentiellement de sodium (Na+) et de calcium (Ca2+) qui entrent massivement dans la cellule. Et par la suite, de neurones en neurones jusqu’aux muscles, ils constataient que c’était toujours cette entrée de cations (ou ions chargés positivement) qui était le premier événement à se produire dans une cellule avant de déclencher les mécanismes moléculaires spécifiques propres à chaque étape de la communication neuronale dont nous détaillerons la grammaire durant cette séance.

Je recopie ce passage de ce billet de blogue qui s’accorde particulièrement bien avec la démarche évolutive entreprise dans ce cours il y a deux semaines :

« Les auteurs rappellent que l’environnement favorable pour les réactions biochimiques qui s’auto-entretiennent dans un espace fermé par une membrane cellulaire (ce que Maturana et Varela appelle l’autopoïèse) est optimal dans un milieu légèrement alcalin, donc globalement chargé négativement. Par conséquent, une intrusion massive d’ions sodium ou calcium, abondants dans le milieu marin à l’origine de la vie, a pu être un premier signal direct indiquant à l’intérieur de la cellule que quelque chose se passe à l’extérieur. Par exemple un prédateur qui a commencé à abimer la membrane, provoquant une entrée d’ions positifs, et qui nécessite un mouvement pour s’éloigner du danger. »

Cet ancrage de la cognition animale dans les processus les plus fondamentaux du vivant expliquerait, selon eux, pourquoi « l’intelligence artificielle, implémentée sur des circuits électroniques où ce sont des électrons qui circulent, ne peut avoir de sentience dans le sens où nous l’entendons pour les animaux. Car ces microprossessurs, bien qu’ils traitent les inputs et produisent des outputs souvent de façon semblable aux humains, n’ont pas cette préoccupation intrinsèque pour leur survie associée ici à l’entrée de charges positives dans les cellules nerveuses. »

Après la pause mercredi, nous examinerons donc d’abord ce qui distingue le cerveau de l’ordinateur au niveau du « hadware » (nombre d’unités élémentaires de base dans le système, degré de connectivité de ces unités, vitesse de traitement, etc.), aidé en cela par l’heure précédente sur les mécanismes de communication de nos neurones. Nous dirons un mot de la souplesse ou plasticité de chacun des deux systèmes en distinguant les ordinateurs classiques des algorithmes de type « deep learning » capables d’apprendre comme un cerveau humain, en soulignant que c’est souvent lorsque l’informatique a copiée une caractéristique fondamentale du cerveau qu’elle a fait des avancées importantes. Et nous terminerons en parlant du type de computations (ou calculs) que font les ordinateurs (computation digitale) et les cerveaux des animaux (computation ni complètement digitale ou analogique, mais d’une forme mixte dite « neuronale »). Cela ouvrira la porte à des débats encore très présents au sein des sciences cognitives à savoir jusqu’à quel point on peut dire que le cervau fait des computations, et qu’est-ce que ce mot veut dire réellement, un sujet qui avait donné lieu à une controverse animée il y quelques années.

L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux

On poursuit cette semaine cette série de billets de blog automnaux en lien avec le cours «Notre cerveau à tous les niveaux» donné en collaboration avec l’UPop Montréal au café Les Oubliettes. Comme je le fais pour chaque séance, j’ai mis le pdf du Power Point de la séance d’il y a deux semaines au bas de la page L’école des profs de mon site ou directement en suivant ce lien. Pour le Facebook Live de cette deuxième séance elle demeure disponible pour visionnement ici. Et comme je l’ai expliqué dans un billet antérieur, je vais soulever aujourd’hui quelques questions générales qui seront abordées mercredi le 13 novembre prochain lors de notre troisième séance intitulée « L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux ».

On va commencer par raconter comment s’est constituée la « théorie du neurone » au début du XXe siècle avec ce personnage important, considéré parfois comme le père des neurosciences modernes, le neuroanatomiste espagnol Ramon y Cajal. J’avais d’ailleurs déjà raconté cette histoire ici, en parlant d’abord de l’opposition entre les conceptions de Cajal, qui voyait les neurones comme des entités individuelles avec leur « personnalité » propre, et Camilio Golgi qui adhérait plutôt à la conception de l’époque qui était de considérer le système neveux comme formant un maillage continu. J’avais rappelé comment la théorie du neurone de Cajal avait fini par s’imposer, mais en rappelant aussi comment des découvertes récentes sur les synapses électriques chez les vertébrés supérieurs indiquent que Golgi n’avait pas tout à fait tort non plus. Et je concluais que, comme souvent en biologie, on peut dire que ce n’était pas l’un OU l’autre, mais bien l’un ET l’autre qui avait raison. J’irai d’ailleurs en ce sens pour les trois autres points principaux de la théorie du neurone que l’on relativisera ainsi à la fin de la prochaine séance.

Par le passé, j’ai plusieurs fois utilisé cette approche historique avec la théorie du neurone pour présenter l’abc de l’anatomie et de la physiologie de ceux-ci. Et c’est ce que je m’apprêtais à faire un peu automatiquement pour cette troisième séance de « Notre cerveau à tous les niveaux ». Mais il y a tant de façons de raconter cette histoire de notre système nerveux que j’ai décidé d’en essayer une autre qui s’inscrit encore plus dans le récit chronologie de cette Big History commencée il y a deux semaines avec le Big Bang et qui va nous amener jusqu’aux sociétés et à la conscience humaine !

Il s’agira donc, après cette introduction tirée de l’histoire des neurosciences, de revenir à une présentation plus développementale de la grammaire neuronale. Autrement dit, expliquer comment se forment les neurones dans l’embryon, puis comment ils se développent chez le bébé puis l’enfant, l’adolescent et l’adulte humain. Sans entrer dans les détails archi-complexes de la façon dont s’effectue cette chorégraphie étonnante, nous en exposerons néanmoins les principales étapes qui nous permettrons d’aborder naturellement la spécificité neuronale par rapport aux autres cellules de notre corps au destin différent.

On commencera ainsi par l’indissociable duo que forment dès les premières phases du développement les neurones et les cellules gliales. Ces dernières, historiquement sous-estimées parce que sous-étudiées par rapport aux neurones, ont dévoilé au cours des dernières décennies leur apport riche et complexe à la computation neuronale comme l’indiquent les quelques exemples suivants déjà traités dans ce blogue :

 Les cellules gliales sont aussi sensibles à notre environnement

La synapse tripartite mise à mal

Des dogmes qui tombent

La cote des cellules gliales en hausse, celle des neurones miroirs en baisse

Neurones inhibiteurs : plus qu’un simple frein

Des péricytes qui font le travail attribué aux astrocytes ?

Si les neurones ne peuvent pas se diviser, comment se fait-il qu’on puisse avoir des cancers du cerveau ?

 

On verra aussi comment le neurone déploie ses dendrites et comment son axone va s’allonger et s’orienter pour trouver sa cible, ces prolongements propres aux neurones étant ce qui leur permet, anatomiquement, de se relier les uns aux autres pour former des réseaux. Encore ici, quelques billets de blogues anciens sur cette question :

Les mille et un visages du neurone

Richesse et complexité structurale du neurone

Les avancées spectaculaires de la microscopie à deux photons et de l’imagerie au calcium

 

On abordera ensuite la conduction électrique (ou électrochimique) qui va permettre la communication rapide d’un neurone à l’autre grâce au phénomène de l’influx nerveux (ou potentiel d’action). Car très tôt dans la vie d’un humain c’est l’interaction avec l’environnement, et donc l’activité nerveuse dans les circuits sollicités, qui va aider les voies nerveuses à se préciser et à se stabiliser. Des liens autour de ce phénomène : 

Des neurones aux propriétés étonnantes

Pourquoi notre cerveau est-il si énergivore ?

Le “coming out” de la synapse électrique

 

Autant la conduction électrique de l’influx nerveux le long de l’axone est un phénomène tout ou rien rapide et sans perte de signal, autant il manque cependant de souplesse pour rendre compte des prodigieuses capacités d’adaptation de notre système neveux. Pour cela, il faudra introduire l’autre aspect de la communication neuronale : la transmission chimique au niveau de la synapse qui, elle, va permettre cette souplesse en modifiant constamment l’efficacité des connexions entre les neurones. Et c’est ainsi que chaque neurone devient un intégrateur de tous les signaux qu’il reçoit et qu’il modifie en permanence sa sensibilité à ces signaux en fonction de l’histoire des stimulations ou inhibitions reçues précédemment. C’est ce qui est étudié par ce qu’on appelle les neurosciences computationnelles présentés dans ces deux billets :

Trois découvertes des années 1950 à la base des neurosciences computationnelles

Des capacités d’intégration neuronale bien plus complexes qu’on le croyait depuis des décennies ?

 

Voilà donc un peu du contenu qui sera abordé à la séance du 13 novembre prochain, avec en plus la question de l’élimination ou de l’élagage important que subissent les connexions nerveuses durant le développement et celle des (grandes) différences entre le cerveau et l’ordinateur dont je donnerai possiblement un aperçu ici la semaine prochaine.

L’hominisation et ses nombreuses causes entrelacées

La deuxième séance du cours  «Notre cerveau à tous les niveaux» que j’ai le plaisir de donner en collaboration avec l’UPop Montréal aura lieu ce mercredi 30 octobre à 19h au café Les Oubliettes. Intitulé « De la «poussière d’étoile» à la vie : ces bizarreries qui font qu’on est ici aujourd’hui », j’en ai déjà donné un aperçu général ici la semaine dernière. Comme je l’avais expliqué dans le billet qui présentait ce projet, je voudrais cette semaine m’attarder sur un point plus spécifique du cours, le long processus d’hominisation qui nous a permis de devenir si différents des autres primates. C’est la question que j’aborderai après la pause mercredi, donc après la première heure durant laquelle nous aurons parcouru environ 13 milliards d’années d’évolution cosmique, chimique, et biologique pour aller de la poussière d’étoile jusqu’à l’émergence des systèmes nerveux chez les multicellulaires !

Après, donc, avoir survolé ce qui a rendu possible les cerveaux souvent étranges des autres animaux à la base de la sensibilité et de la cognition animale, nous essaierons de voir ce qui distingue un peu le nôtre de celui des autres primates. Nous constaterons que, pour une taille corporelle comparable, notre cerveau est trois fois plus volumineux que celui de notre plus proche cousin le chimpanzé. Ce volume supplémentaire, nous verrons que c’est surtout l’expansion des aires dites associatives du cortex qui en sont responsables (et non les aires sensorimotrices). C’est-à-dire ces vastes régions de nos lobes temporaux, pariétaux et frontaux où des neurones se connectent à d’autres neurones, qui à leur tour se connectent à d’autres neurones, etc., sans qu’ils aient accès directement au monde extérieur. Il s’est ainsi créé dans le cerveau humain tout un espace pour faire du « offline », des simulations mentales, bref de la pensée abstraite (par opposition au « online » qui correspond à l’action directe et immédiate sur le monde).

Ceci va certes nous aider à comprendre bien des aspects de nos comportements que nous avons non pas inventé (on sait aujourd’hui que bien d’autres espèces animales ont des cultures, des outils, font de la politique, etc.), mais magnifié et complexifié comme seul l’humain sait le faire. Mais la question devient alors de comprendre quelles sont les pressions sélectives qui ont pu favoriser dans notre lignée un tel développement cérébral. C’est le vaste domaine de la paléoanthropologie et, pour le dire vite mais assez justement, ce n’est pas simple…

Pour comprendre cette évolution très particulière de notre espèce il faut se rappeler que le corps et le cerveau ont évolué ensemble. Et donc on n’a pas le choix de prendre en compte les deux en même temps pour comprendre le fait humain (la séance #8 de ce cours examinera ces liens intimes qui unissent corps et cerveau, comme je l’ai déjà fait ailleurs). Et l’un des événements qui a amené beaucoup de changements morphologiques durant l’hominisation est sans contredit la station debout, c’est-à-dire l’avènement de la bipédie.

Les traces les plus lointaines et certaines de nos ancêtres qui marchaient debout remontent aux empreintes du site de Laetoli découvert en 1977 en Tanzanie. Attribuée probablement à Australopithecus afarensis, elles ont été conservées dans de la cendre volcanique durcie il y a 3,66 millions d’années. Mais même avant, on pense par exemple qu’Ardipithecus ramidus, qui vivait en Afrique de l’Est il y a 4,4 millions d’années, pouvait probablement marcher debout mais seulement sur de courtes distances.

La bipédie va donner lieu à différents phénomènes qui vont exercer une pression sélective vers de plus gros cerveaux. On pense par exemple à la libération des mains qui va rendre possible la fabrication d’outils il y a plus de 3,3 millions d’années. La confection de ceux-ci nécessitant précision motrice, mémoire et planification, on voit bien comment des individus avec plus de neurones, donc des capacités computationnelles accrues, vont mieux performer dans cette tâche et, possiblement, mieux survivre.

La station debout va aussi permettre la descente du larynx qui à son tour va permettre la modulation de l’air expiré et rendre possible le « miracle » de la voix articulée. Le langage, en permettant une meilleure coordination des actions (on pense à la chasse ou à l’organisation d’un campement), et plus tard des idées, va s’avérer lui aussi grandement adaptatif et favorisé par un plus gros cerveau.

Mais là où les effets de la bipédie vont s’avérer peut-être les plus profonds, c’est en modifiant la forme du bassin de sorte que le bébé humain avec ce gros cerveau va avoir de la difficulté à passer dans le canal pelvien lors de l’accouchement. Par conséquent, la sélection naturelle a favorisé les petits humains prématurés avec un cerveau moins gros, facilitant ainsi le passage. Résultat : le bébé humain naît à un stade relativement inachevé de son développement. Il est de loin le moins précoce de tous les primates (on parle de « néoténie » pour caractériser cet état).

À la naissance, le cerveau humain ne représente que 25 % du volume qu’il atteindra à l’âge adulte. Chez le chimpanzé nouveau-né, cette proportion est de 40 %. Pour atteindre ce même niveau, la grossesse humaine devrait durer 16 mois ! Cela veut dire que de nombreuses étapes du développement cognitif du bébé se déroulent ex utero dans un contexte social riche. Cette période prolongée de dépendance juvénile chez l’humain va amener, mine de rien, des conséquences en cascade pouvant contribuer à expliquer la spécificité de notre espèce.

Prenons par exemple le fait qu’élever un enfant humain est beaucoup plus coûteux sur le plan biologique qu’élever un petit primate. Une mère humaine prend soin de sa progéniture jusque tard dans l’adolescence et il arrive souvent qu’elle élève plusieurs enfants dépendants simultanément. Cet approvisionnement des enfants, passé l’âge du sevrage, n’existe pas chez les autres primates où les soins maternels constituent donc une activité essentiellement séquentielle dans la vie des mères primates. C’est pourquoi la contribution du père aux soins parentaux chez l’humain va ainsi devenir déterminante.

C’est le genre de différences pas évidentes à saisir si on ne connaît pas le mode de vie des autres primates. Mais cette connaissance de la primatologie peut grandement nous aider à mieux comprendre notre spécificité humaine. Les travaux de l’anthropologue et primatologue montréalais Bernard Chapais, dont on peut lire une synthèse remarquable dans ses livres Primeval Kinship (2008) et  Liens de sang (2015), rappellent l’importance de la coopération parentale dans l’évolution humaine. Cela va entraîner la formation d’un couple monogame stable durant plusieurs années chez l’humain, chose qui nous apparaît d’une banale évidence mais qui nous distingue complètement de nos plus proches cousins (chimpanzés et bonobos).

Ce phénomène nouveau va en amener un autre d’une grande importance : la reconnaissance étendue de la parenté, unique à chez l’espèce humaine. Car cela n’est pas le cas chez les autres primates (les chimpanzés par exemple où la promiscuité sexuelle fait en sorte que les petits, élevés par leur mère, ne savent pas qui est leur père). À cela va s’ajouter le phénomène de l’évitement de l’inceste (déjà présents chez les autres primates) mais qui, dans les groupes humains formés de couples monogames apparentés, va amener l’exogamie reproductive, i.e. un individu quitte son groupe pour aller vivre et se reproduire dans un autre.

Et l’exogamie reproductive va amener un processus de pacification et d’alliances entre les groupes (unique aux sociétés humaines): une femelle du groupe A qui s’en va dans le groupe B demeure à la fois liée à ses parents restés dans le groupe A et à son mari du groupe B (et par conséquent à la famille de son mari dans le groupe B). Autrement dit les humains, reconnaissant des liens de parenté dans l’autre groupe, vont être plus enclins à négocier qu’à s’agresser immédiatement, bref à faire des alliances et de la politique. Tout cela menant, on le voit, à l’organisation sociale complexe des sociétés humaines, elles-mêmes sources de pressions sélectives pour de plus gros cerveaux capables d’en comprendre et d’en manipuler les règles !

Voilà donc un survol bien partiel de quelques-unes des nombreuses causes entrelacées de l’hominisation que nous aborderons mercredi soir prochain.

De la «poussière d’étoile» à la vie : ces bizarreries qui font qu’on est ici aujourd’hui

Le cours «Notre cerveau à tous les niveaux» donné dans le cadre de la 10e année d’existence de l’UPop Montréal a donc débuté mercredi dernier dans le café Les Oubliettes rempli à pleine capacité (arrivez tôt la prochaine fois pour avoir de bonnes places !). Comme je le ferai pour chaque séance, j’ai mis le pdf du Power Point de cette première présentation au bas de la page L’école des profs de mon site ou directement en suivant ce lien. Pour le Facebook Live de cette première séance elle demeure disponible pour visionnement ici. Comme je l’ai expliqué dans un billet antérieur présentant la démarche générale du cours, je vais soulever aujourd’hui quelques questions générales qui seront abordées mercredi le 30 octobre lors de notre deuxième séance intitulée « De la «poussière d’étoile» à la vie : ces bizarreries qui font qu’on est ici aujourd’hui ».

On a vu la semaine dernière que devant certaines illusions d’optique, on est troublé de constater que « nos sens peuvent nous tromper ». C‘est-à-dire que le monde de nos perceptions n’est peut-être pas un « miroir » du monde extérieur mais bien une interprétation, une construction, ou une simulation, à partir de ce que nos sens peuvent capter du monde. On doit alors reconnaître que la structure particulière de notre corps (et en particulier de notre système nerveux) détermine ce qui pourra être connaissable pour nous. Or cette structure est le fruit d’une très longue évolution, et c’est ce que cette deuxième séance voudrait explorer.

Dans leur fascinant ouvrage “The Systems View of Life. A Unifying Vision”, Fritjof Capra et Pier Luigi Luisi notent que durant l’histoire occidentale de la science et de la philosophie, il y a eu une tension entre 2 quêtes : d’une part l’étude de la matière (« de quoi c’est fait ? ») et d’autre part l’étude de la forme (« c’est quoi le pattern ? »). Il est important de distinguer les deux et nous commencerons par dire quelques mots sur l’origine cosmique des atomes qui constituent notre corps et notre système nerveux.

Car comme le disait si bien Hubert Reeves :

« L’histoire de l’Univers, c’est comment ces quarks et ces électrons sont devenus vous-mêmes.

Quand vous prenez conscience de votre existence, vous faites l’acte le plus extraordinairement complexe qui n’ait jamais été fait dans l’Univers et cela exige que 100 milliards de milliards de milliards de quarks et d’électrons jouent un rôle précis pour que vous soyez en mesure de penser ».

Plus de 13,8 milliards d’années d’organisation et de complexification depuis le Big Bang ont été nécessaires pour concrétiser ce simple fait. »

Une petite partie du cosmos va ainsi prendre conscience de lui-même (ou plutôt d’une partie de lui-même) et quand on s’arrête à y penser, on retrouve la même circularité évoquée la semaine dernière qui donne le vertige ! Et donc on se rend compte qu’il y a un lien entre ce qui nous constitue et par exemple les étoiles qu’on peut observer dans le ciel (nos atomes lourds y ont été fabriqués).

J’avais déjà évoqué ces questions reliant l’infiniment grand, l’infiniment petit et l’infiniment complexe dans quelques billets de ce blogue :

Les trois infinis : le grand, le petit et le complexe

Une visite guidée des trois infinis : petit, grand et complexe

Deux autres liens qui nous unissent au cosmos

Ces atomes ont pu par la suite former des molécules, c’est-à-dire des assemblages d’atomes semblables ou différents. Et puis ce que l’on observe ensuite, c’est le passage de molécules simples vers des molécules de plus en plus complexes comme les acides aminés. On parle “d’auto-organisation” pour désigner de tels processus de croissance de la complexité. On dit aussi que ceux-ci sont “sous contrôle thermodynamique”, c‘est-à-dire qu’ils vont former spontanément, sans l’intervention de forces extérieures, les formes moléculaires les plus stables pour les conditions physico-chimiques qui sont réunies.

La notion d’auto-organisation permet de comprendre comment de l’ordre peut apparaître spontanément au sein du désordre et amener l’émergence spontanée d’une structure (grâce aux propriétés et interactions de la matière explicables par des lois naturelles, et aucune autre « volonté » extérieure). Les exemples sont nombreux, à différentes échelles : l’apparition de motifs périodiques dans un liquide chauffé par le dessous (cellules de convection); la formation des dunes (par l’interaction du sable et du vent); un nuage de gaz et de poussière qui va former, grâce à la gravité, une étoile; les interactions moléculaires qui vont donner lieu aux processus du vivant…

Or quand les patterns deviennent très complexes, comme dans le cas d’une protéine faite de centaines ou de milliers d’acides aminés, un autre élément va s’inviter pour rendre compte de ce que l’on observe : le hasard. J’avais détaillé tout ça dans ce billet de blogue d’il y a trois ans, alors que je présentais un cours assez proche de la séance de la semaine prochaine.

L’essentiel à retenir c’est qu’à un certain niveau de complexité, il semble y avoir des événements « accidentels » qui font en sorte que si on « rejouait le film de l’évolution » une autre fois, on n’obtiendrait pas le même résultat, comme le disait le paléontologue Stephen Jay Gould.

Ce même billet de blogue de 2016 présentait ensuite la définition la plus concise que l’on puisse donner d’un organisme vivant (l’émergence de la vie étant l’étape de complexité suivante), celle de Maturana et Varela pour qui les êtres vivants sont caractérisés principalement par le fait qu’ils sont constamment en train de s’autoproduire.

Car comme je l’écrivais dans ce billet :

« …chacune de ces cellules du corps humain, encore aujourd’hui, doit continuellement « s’autoproduire » pour lutter contre la seconde loi de la thermodynamique. Et c’est ce processus minimal du vivant que la théorie de l’autopoïèse va saisir dans sa formule originale. Du grec autos, soi, et poiein, produire, un système autopoïétique est un réseau complexe d’éléments qui régénèrent constamment, par leurs interactions et transformations, le réseau qui les a produits. »

Je vous propose encore ici quelques autres anciens billets de blogue qui abordaient cette question :

Francisco Varela : qu’est-ce que la vie ?

Lumière sur les premières membranes cellulaires

« Mind in life » : une continuité entre la vie et la pensée

Les bases moléculaires du toucher se précisent

Mieux penser le vivant en utilisant ses mots

Comme l’écrivent Maturana et Varela dans l’Arbre de la connaissance, « ces systèmes autopoïétiques subissent des reproductions séquentielles engendrant des lignées historiques. Comme tous les êtres vivants, nous sommes des êtres historiques. »

Notre histoire en tant que système dynamique complexe est donc le fruit d’interactions circulaires entre des processus d’auto-organisation et des phénomènes de sélection (dont la sélection naturelle de Darwin est le plus connu, mais il y en a d’autres, notamment dans le cerveau entre différentes assemblées de neurones, ce que Gerald Edelman avait appelé le Darwinisme neuronal). C’est la proposition principale de ce qu’on appelle la théorie évolutive des systèmes (« evolutionary systems theory (EST) », en anglais).

Ce qui est important de noter ici, c’est que l’environnement ne « sélectionne » pas dans le sens de « choisir ». Les organismes qui survivent ne le font que parce que leur structure est compatible ou congruentes avec celle de l’environnement dans lequel ils se trouvent. Ce qui veut dire que les différents individus de différentes lignées sont tous « adaptés » à leur environnement (i.e. ils sont capables de continuer la lignée à laquelle ils appartiennent).

Encore une fois, pour ceux et celles qui voudraient fouiller cette question :

L’évolution n’est pas que la sélection naturelle

François Jacob et le bricolage de l’évolution

Alfred Wallace : dans l’ombre de Darwin

Ces nombreux événements sans lesquels nous ne serions pas là pour en parler

Deux « arbres de la vie » pour les 15 ans du Cerveau à tous les niveaux !

Lundi prochain, on continuera à préparer la deuxième séance de ce cours donné en collaboration avec l’UPop Montréal en considérant l’émergence des systèmes nerveux chez les multicellulaires, et ce, de l’éponge à l’humain !

Un grand voyage en boucle : comprendre scientifiquement comment émerge notre humanité

C’est ce mercredi 16 octobre à 19h au café Les Oubliettes que commence le cours «Notre cerveau à tous les niveaux» que j’aurai le plaisir de donner en collaboration avec l’UPop Montréal. Comme je l’expliquais il y a deux semaines dans ce billet présentant la démarche générale du cours, je vous présente aujourd’hui quelques questions plus précises que nous nous poserons mercredi lors de cette première séance intitulée « Le « connais-toi toi-même de Socrate à l’heure des sciences cognitives ». Une séance qui se veut le point de départ de toutes les autres et qui sera aussi en quelque sorte… son point d’arrivée ! C’est la structure cyclique que j’ai choisie pour le cours, grandement inspirée par le livre « L’arbre de la connaissance » d’Humberto Maturana et Francisco Varela.

Ce point de départ sera donc celui de l’observateur observé, ou si l’on veut, du cerveau humain qui tente de se comprendre lui-même. Et pour cela, comme je l’écrivais la semaine dernière, on doit d’abord comprendre que la question de la connaissance est indissociable de notre structure biologique et de notre histoire (évolutive et personnelle). Prenez le cas des illusions d’optique. Et en particulier, de celles qui, comme l’échiquier d’Adelson, nous « jettent par terre » tellement nous sommes troublés de constater à quel point nos sens peuvent nous tromper. Et comment cela nous amène à repenser le monde de nos perceptions qui ne semble pas, c’est le moins qu’on puisse dire, être le « miroir » du monde extérieur auquel on s’attendait. Au contraire, nos perceptions semblent bien plus des interprétations, des constructions, ou des simulations faites à partir de ce que nos sens peuvent capter du monde.

Bref, les illusions d’optiques nous conduisent à reconnaître que c’est la structure particulière de notre corps et plus spécialement de notre système nerveux qui détermine ce qui pourra être connaissable pour nous.

Mais le rejet de la connaissance comme un « miroir » du monde indépendant de l’observateur n’implique pas non plus de sombrer dans une position solipsiste et relativiste totale d’un subjectivisme absolu où tout serait arbitraire et créé dans notre « esprit ». Ou bien où l’on nierait carrément l’existence de toute structure causale dans le monde extérieur ! Loin de là. Il faudra, comme le dit Varela, « naviguer entre ces deux pièges ». Ce ne sera pas facile car, on vient de le voir, l’apparente solidité du monde s’évanouit lorsque nous l’examinons de plus près. Par conséquent, il nous faudra réfréner cette tentation de vivre dans un monde de certitudes et de perceptions indiscutables si l’on veut véritablement comprendre le phénomène de la cognition.

Autrement dit, il faut douter et mettre de côté le sens commun. Cela a aussi un autre nom : faire de la science ! Nous explorerons donc dans un deuxième temps ce que signifie « faire de la science » et comment la méthode scientifique peut nous aider. L’idée maîtresse ici sera de reconnaître que bien sûr il y a des forces, des lois et des principes physiques universels que la science a permis de découvrir et qui nous sont fort utiles (pour écrire et publier ce texte, par exemple). Mais dans la foulée des travaux du physicien quantique Werner Heisenberg, on s’est rendu compte que nous n’avons pas, et n’auront probablement jamais, ce qu’on pourrait appeler un « accès direct » à la nature (ou au monde réel, appelez ça comme vous voulez).

Comme nos sens ne nous donnent qu’un accès étroit au spectre du monde physique (pensez aux ondes électromagnétiques dont on ne perçoit que les longueurs d’onde entre le rouge et le violet, mais pas l’ultraviolet comme les abeilles, etc.), il nous a fallu très vite des instruments pour recueillir des données autrement inaccessibles par nos sens. Or à partir du moment où l’on a besoin d’un microscope ou d’un télescope pour étendre la portée de nos sens, on devient tributaire de ce que ces appareils, à leur tour, peuvent ou ne peuvent pas voir, de leur mode de fonctionnement, de ce qu’ils mesurent véritablement, etc. Les données qu’ils nous permettent de recueillir nécessitent donc une part de plus en plus grande d’interprétation.

Et parce que les aspects du monde que l’on veut observer sont soit trop petits, trop grands ou trop complexes, ça va nous nous prendre des modèles pour interpréter ces données ! Et cela va donc nous amener à clarifier ce qu’est un modèle, une théorie, une hypothèse ou une loi en science, comme je l’avais fait dans ma conférence La construction des théories scientifiques.

Je terminerai en détaillant un peu le contenu des dix séances de ce cours (5 à l’automne, 5 à l’hiver) dont l’objectif est de montrer qu’on peut comprendre scientifiquement comment émergent les phénomènes propres au vivant, incluant notre humanité. Et je conclurai en disant pourquoi je crois que beaucoup des problèmes que nous rencontrons aujourd’hui semblent liés à notre ignorance de l’acte de connaître. Difficulté qui est, dans cette optique, forcément aussi liée à l’idée que nous n’avons pour seul monde celui que nous faisons émerger avec d’autres.

Que tout cela vous semble évident ou au contraire loin de l’être, ce que j’offre au fond avec ce cours c’est un espace pour s’arrêter et y réfléchir un peu ensemble. Si ce type de voyage vous intrigue, embarquez avec nous dès mercredi (et en plus c’est un voyage à empreinte de carbone très très réduite…) !

La question de la connaissance est indissociable de notre structure biologique et de son histoire

C’est cette semaine que je commence à écrire sur certains aspects du cours gratuits que je donnerai cette année pour souligner les dix ans de l’UPop Montréal. Comme je l’expliquais la semaine dernière, le cours intitulé «Notre cerveau à tous les niveaux» comptera cinq séances à la session d’automne et cinq à la session d’hiver-printemps. Et les deux lundis avant chaque séance, je préparerai le terrain en écrivant d’abord un billet sur l’étendue du domaine que le titre de cette séance suggère en allant puiser dans les 448 billets publiés depuis l’ouverture du blogue il y a neuf ans. Et puis, deux jours avant le cours (comme celui du 16 octobre prochain), je vous proposerai l’itinéraire particulier auquel j’en suis arrivé pour tenter de faire le tour du sujet en une heure !

On commence donc aujourd’hui en présentant certains aspects des sciences cognitives qui peuvent être reliés au sujet de la première séance que j’ai essayé de saisir dans le titre : « Le « connais-toi toi-même de Socrate à l’heure des sciences cognitives ». Parce que ce premier cours est un peu celui qui va justifier tous les autres. Dans la mesure où c’est quand on se demande ce que veut dire connaître, et surtout se connaître, qu’on se retrouve très vite à remonter aux origines de la vie (puisque nous sommes des êtres vivants), puis aux origines des systèmes nerveux (puisque nous sommes des animaux) et finalement aux origines du langage et de la culture (puisque nous sommes des humains). Et bien sûr, à cette longue histoire évolutive (ou phylogénétique) va s’ajouter l’histoire du développement (ou de l’ontogenèse) et de la vie de chaque individu connaissant.

Un premier constat qui découle de ces prémisses c’est que l’acte de connaître le monde va dépendre de cette structure particulière que constitue le corps d’un individu, fruit de ce cette double évolution phylogénétique et ontogénétique. Cette constatation apparemment triviale a cependant des conséquences fondamentales sur plusieurs de nos conceptions liées à la connaissance telles que sujet connaissant versus objet à connaître, observateur et observé, monde subjectif versus une réalité soi-disant objective, etc. Mais de ces dichotomies classiques qui, vous vous en doutez bien, doivent être remises en question, on en reparlera la semaine prochaine et durant le cours. Mon but aujourd’hui étant seulement, comme je l’ai évoqué plus haut, de soulever des questions générales reliées aux grands thèmes de cette première séance.

Une autre source d’étonnement, si l’on y pense bien, est le fait qu’on ne se pose pratiquement jamais, dans notre vie courante, de questions sur l’origine de nos connaissances. On en vient en effet à connaître extrêmement bien notre environnement immédiat et notre groupe social sans s’émouvoir outre mesure du miracle quotidien que cela implique en nous ! Prenez la moindre conversation banale que vous avez eu ce matin avec votre voisin en sortant sur le trottoir. Sans aucun effort et sans même avoir à y penser, on produit toute une gamme de sons associés à des mots qui ont un sens particulier pour notre interlocuteur parce qu’on les enchaîne dans un certain ordre. Puis l’on détecte, toujours inconsciemment, le moment où l’on doit se taire et écouter à notre tour une série d’autres sons qui auront à leur tour du sens pour nous et qui, la plupart du temps, ne serviront qu’à nous rassurer émotivement sur les bons sentiments dudit voisin à notre endroit.

C’est seulement lorsque quelque chose tourne mal (lors d’un accident cérébrovasculaire, une maladie neurodégénérative, une commotion cérébrale, etc.) que nous réalisons à quel point tout ça est compliqué et fragile. Et que cette fluidité de notre communication langagière et les coordinations comportementales qui lui sont associées sont inséparables de l’intégrité de la structure de notre corps et de notre cerveau.

C’est alors, seulement, que peut surgir un questionnement sur ce qui relie cette structure corporelle particulière à la pensée, le corps connaissant à la connaissance. Et ce doute c’est la base de la connaissance. Celle de l’enfant qui pose d’incessants pourquoi à ses parents comme celle de la science où chaque avancée fait vaciller nos certitudes et débouche sur dix nouvelles questions.

Petit détour par les illusions d’optiques avant de revenir sur la question de la connaissance et laisser entrevoir vers où l’on va se diriger. Les illusions d’optiques sont une source inépuisable d’étonnement. On dirait presque de la magie. Sauf qu’un tour de magie qu’on nous explique perd vite de son enchantement. Mais pas une illusion d’optique. C’est même parfois plus étonnant encore quand on nous montre la preuve que ce qu’on perçoit ne correspond pas à la réalité. Prenez la moindre illusion comme celle de Franz Müller-Lyer ou de Zöllner, que je montre sur ce site web. On a beau constater en enlevant les lignes obliques que les grandes lignes sont dans le premier cas de la même longueur et dans le second parallèles, on a juste à les refaire apparaître pour que l’on soit à nouveau convaincus qu’elles sont de longueur inégale ou pas vraiment parallèles ! Et c’est la même chose pour tant d’autres, comme l’échiquier d’Adelson par exemple. On mettrait notre main au feu que la case A est noire et la case B blanche. Et quand on fait la preuve qu’elles sont en réalité du même gris, on est troublé parce que, dans ce genre de circonstance, on a la preuve que « nos sens peuvent nous tromper » et que notre sentiment intérieur du monde dans lequel on vit n’est peut-être pas un « miroir » du monde extérieur mais bien une interprétation, une construction, une simulation, à partir de ce que nos sens peuvent percevoir du monde.

Pour d’autres illusions toutes aussi troublantes les unes que les autres, vous pouvez aussi consulter mes anciens billets de blogue suivants :

Les meilleures illusions d’optique de l’année

L’effet phi n’est pas l’effet bêta

L’échiquier d’Adelson

Voir ce qu’il y a dans notre oeil

L’effet Mc Gurk, une illusion auditive

Notre cerveau peut faire disparaître des objets immobiles

Du bienfait de la relâche pour apprécier les illusions d’optique

Bref, les illusions d’optiques nous conduisent à l’inhabituelle conclusion que la structure particulière de notre corps, fruit d’une double évolution (phylogénétique et développementale) et en particulier de notre système nerveux (et dans ce cas-ci surtout notre système visuel) détermine ce qui pourra être connaissable pour nous. Et donc ce qui pourra avoir du sens pour l’organisme vivant que l’on est. Pour le dire autrement, la connaissance implique et engage la subjectivité.

Cela ouvre des perspectives étonnantes qui peuvent sembler passablement étrangères à notre vie de tous les jours où nous fonctionnons très bien sans se poser ces questions. Mais si on ose se les poser (et c’est donc ce que ce cours se propose de faire), on risque d’être entraîné vers des rivages peu familiers où notre connaissance est liée aux origines de notre cognition, qui elle-même s’enracine dans les bases biologiques de la vie. Et donc qu’il n’y aurait pas de discontinuité entre notre vie sociale humaine, ce qu’est un humain avec ses préférences et ses valeurs, et leurs racines biologiques.

Voilà, en gros, un avant-goût du point de départ de ce cours qui, pour répondre à cette question de l’origine de nos connaissances, nous fera parcourir un long mais stimulant chemin évoqué par les titres de dix séances. On se retrouve donc ici la semaine prochaine, deux jours avant la première séance, pour voir un peu plus dans le détail comment on va tenter d’aborder ces questions difficiles.

Dix cours gratuits sur le « ceveau-corps » avec du contenu publié sur ce blogue !

J’avais fait allusion il y a quelque semaines dans ce blogue à quelque chose de « gros » qui s’en venais cet automne. Le moment est venu de vous en parler puisque la chose est rendue publique depuis vendredi dernier, jour de la manifestation historique pour le climat ou près de 500 000 personnes sont descendues dans la rue pour exiger des mesures d’urgence pour contrer le réchauffement climatique. Ce qui implique, en passant, de sortir de notre dépendance au pétrole et de remettre en question l’ensemble du système productiviste capitaliste en place. Pas une mince affaire, donc.

Voilà pourquoi une initiative comme l’UPop Montréal, une université populaire qui offre des cours gratuits favorisant le partage des connaissances et l’esprit critique dans les bars et les cafés est plus que nécessaire. Et ça tombe bien, car elle lançait le même soir sa 10e année d’existence dans la très chic salle du Lion d’Or . Une soirée style cabaret où l’UPop a dévoilé son « Manifeste pour une éducation populaire » qui conclut que l’éducation peut être une arme, et même doit être une arme. Une arme d’émancipation massive ! (slogan de cette 10e année).

Cette soirée a aussi permis de dévoiler la programmation de cette nouvelle session d’automne 2019 et chaque prof est venu présenter brièvement son cours. Dont moi, qui ai fait ça avec une présentation Prezi que vous pouvez retrouver ici avec le texte d’accompagnement. Car pour souligner les dix ans de l’UPop, je vais offrir un cours intitulé de façon très originale ( !) «Notre cerveau à tous les niveaux». Il comportera dix séances (pour souligner les dix ans de l’UPop – un autre professeur a aussi adopté ce concept), cinq à la session d’automne et cinq à la session d’hiver-printemps.

Comme je l’écris sur la page du site web de l’UPop qui présente le cours :

«Ce cours voudrait présenter comment les sciences cognitives conçoivent aujourd’hui le cerveau et le corps humain, ainsi que les phénomènes socioculturels qui en découlent. Vaste programme qui ne peut se réaliser qu’en adoptant une perspective évolutive sur l’émergence de ces systèmes dynamiques faits de multiples niveaux d’organisation. Du Big Bang au langage, de la perception à l’action et de l’apprentissage à la prédiction et à la prise de décision, nous verrons comment l’impératif de rester en vie et de donner du sens à cette vie se manifeste chez l’humain.»

Voici donc le plan de match pour l’année avec les titres des dix séances :

1. Le « connais-toi toi-même » de Socrate à l’heure des sciences cognitives
2. De la « poussière d’étoile » à la vie : ces bizarreries qui font qu’on est ici aujourd’hui
3. L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux
4. Des circuits de millions de neurones : plaisir, douleur, apprentissage, mémoire
5. Cartographier des réseaux de milliards de neurones à l’échelle du cerveau entier
6. Les rythmes cérébraux : se synchroniser pour mieux régner
7. Tout ce qui précède permet de simuler le monde pour décider quoi faire
8. Cerveau et corps ne font qu’un et sont constamment affectés par l’environnement
9. Conscient, inconscient et langage : quel est ce « je » qui se dit libre?
10. Morale de l’histoire : notre espèce a-t-elle de l’avenir ?

Un court aperçu des cinq premières séances est déjà disponible sur le site de l’UPop Montréal. Les cinq autres suivront après les Fêtes. Mais si vous êtes des lecteurs ou des lectrices de ce blogue, vous aurez beaucoup de choses à vous mettre sous la dent d’ici là (en plus de venir au cours je l’espère!). Tous mes billets de blogue durant la durée de ce cours porteront en effet sur deux aspects de chaque séance du cours : la vastitude du sujet proposé, et le chemin choisi pour en faire le tour en une heure !

Deux semaines avant chaque séance, vous aurez donc droit à un retour sur certains des 447 billets publiés à ce jour depuis l’ouverture de ce blogue il y a 9 ans en octobre 2010 (je réalise en écrivant ceci que ce blogue, qui entame donc sa 10e année, a le même âge que l’UPop Montréal !). Durant l’été, je les ai repassé un par un et en ai sélectionné certains pour alimenter ma réflexion dans la création du contenu des dix séances de ce cours. Deux semaines avant chacune d’elles, je vous ferai donc un petit collage d’anciens billets de blogue dont les contenus illustrent l’étendue du domaine de la séance qui s’en vient.

Mais comme ce sera évidemment toujours trop vaste à couvrir dans le détail dans l’heure de la séance correspondante, je vous proposerai la semaine suivante (donc la semaine juste avant la séance en question) l’itinéraire particulier auquel je suis arrivé pour tenter de vous présenter le plus pédagogiquement possible quelques aspects de ce domaine en une heure.

En passant, pour ceux et celles qui ne connaîtraient pas la formule standard des cours de l’UPop, après cette heure de présentation on fait une pause de 10-15 minutes (pour prendre une bière ou une tisane) et l’on revient pour une autre heure ensemble pour questions, discussion, etc.

C’est donc un rendez-vous la semaine prochaine pour une revue d’anciens billets de ce blogue ayant des liens avec la thématique du « connais-toi toi-même » de Socrate à l’heure des sciences cognitives qui sera la première séance du cours le 16 octobre prochain au café Les Oubliettes ( 6201, rue De Saint-Vallier (coin Bellechasse), métro Beaubien ou Rosemont). Hâte de vous y croiser !

Pour l’événement Facebook de cette première séance, cliquez ici.

La réaction au stress aigu initiée par une hormone sécrétée par les os

Parcourant les savants ouvrages sur la physiologie humaine, on peut avoir l’impression que l’on connaît dans le détail toutes les fines régulations de notre organisme. Mais il arrive que cette impression de « fin de l’histoire » soit ébranlée par une découverte non pas d’un détail à l’une de ces régulations complexes, mais bien par un nouveau mécanisme relativement indépendant de tous ceux que l’on connaissait jusqu’alors. C’est la réaction de surprise que j’ai eue quand on m’a signalé l’article « Votre réaction aux dangers passe par votre squelette » sur le site web de Radio-Canada. Bon, encore un titre un tantinet sensationnaliste, me suis-je dit en pensant qu’il s’agissait d’un ajout sans doute mineur à l’axe hypothalamo-hypophysio-surrénalien bien connu pour activer la réponse de fuite ou de lutte devant un danger imminent. Mais il semblerait que non. L’article original publié dans Cell Metabolism le 12 septembre dernier a un titre tout aussi affirmatif : « Mediation of the Acute Stress Response by the Skeleton”. Qu’en est-il au juste ? (je vous résume rapidement l’article avant de vous faire deux annonces d’événements qui pourraient vous intéresser)

Il semblerait donc qu’une hormone produite par des cellules des os de notre squelette, l’ostéocalcine, est capable d’initier à elle seule les changements physiologiques associés à un stress aigu (augmentation de la fréquence cardiaque, du rythme respiratoire, de la pression sanguine, etc). Et elle le ferait en quelques minutes.

Or ces changements, comme je le mentionnais plus haut, on les associe depuis toujours à l’action d’hormones comme l’adrénaline sécrétées par nos glandes surrénales suite à la sécrétion d’une autre hormone (l’ACTH) par l’hypophyse (elle-même stimulée par une hormone sécrétée par l’hypothalamus (le CRH). Cette dernière région cérébrale recevant évidemment d’autres régions du cerveau des signaux lui indiquant la perception d’un danger potentiel.

La sécrétion d’ostéocalcine serait pour sa part déclenchée par une autre région cérébrale très en lien avec le reste du corps, l’amygdale. Cette dernière serait à l’origine d’un signal qui amène les ostéoblastes, certaines cellules des os, à relâcher de l’ostéocalcine dans la circulation sanguine. Celle-ci va alors inhiber le système nerveux autonome parasympathique (celui favorisant le repos et la digestion), laissant toute la place à son opposé, le système nerveux sympathique responsable de la réponse de lutte ou de fuite devant une menace. Et comme ce système nerveux sympathique est pour ainsi dire la « première ligne » de la réponse « fight or flight » (il innerve par exemple directement les glandes surrénales), pas étonnant qu’en en favorisant l’action, l’ostéocalcine a un effet très rapide dans tout le corps.

À partir de là, c’est donc un vaste spectre de phénomènes physiologiques qui se trouvent favorisés incluant le métabolisme en général et la même la mémoire (bien retenir les circonstances d’une agression pour ne plus s’y retrouver étant fort adaptatif). Et ce qui va grandement dans le sens de cette hypothèse, c’est que les rongeurs chez qui on fait l’ablation des glandes surrénales, tout comme les humains qui ont une insuffisance surrénalienne, ont quand même cette réaction typique devant un stress aigu. Il doit donc y avoir d’autres voies (et ce ne serait pas la première fois qu’on découvre une redondance dans les systèmes de signalisation de notre organisme) qui produisent cette réponse. Gerard Karsenty, impliqué dans cette étude, pense que c’est ce que fait l’ostéocalcine depuis l’avènement des premiers vertébrés avec un système squelettique. Les os nous permettant de bouger, ils nous permettraient également de bouger plus vite quand il le faut. Il y a une certaine logique évolutive dans cette histoire !

* * *

Première annonce : si vous êtes à Montréal ce vendredi 27 septembre.
Il y a bien sûr la grande manifestation pour le climat qui débute à midi au parc Jeanne-Mance, mais il y a aussi en soirée le lancement de la 10e année de l’UPop Montréal, une université gratuite qui offre des cours dans les bars et les cafés. J’y ai déjà donné des cours et je fais partie du collectif de bénévoles derrière cette initiative qui a tout à voir avec la manif de l’après-midi puisqu’on met toujours de l’avant à l’UPop le développement de l’esprit critique et des alternatives au système économique productiviste ambiant. Et en plus, on aura la fameuse fanfare Pourpour qui viendra clore la soirée dans une ambiance chaleureuse et festive ! Tous les détails sur notre site web ou sur l’événement Facebook de la soirée. (p.s. : et si vous voulez tout savoir, j’y présenterai le cours sur le cerveau que j’offrirai cette année et dont je vous reparlerai la semaine prochaine !)

Deuxième annonce : si vous êtes à Paris du 17 au 19 octobre prochain.
Hélène Trocme-Fabre m’écrit pour me signaler que Joëlle Aden co-organise le colloque « Empathie et bienveillance au cœur des apprentissages » à l’Université Paris-Est Créteil. Je vous copie le début de l’intro de leur site web :

« L’empathie et la bienveillance constituent aujourd’hui des objectifs éducatifs socialement et institutionnellement assumés. Ces notions sont inhérentes à la relation éducative et concernent donc aussi bien les apprenants que les enseignants, les éducateurs, les équipes de direction, les familles, etc. Leur mise en œuvre pédagogique requiert dès lors une réflexion éthique, épistémologique et pose de nouveaux défis didactiques.
Dans ce colloque, nous souhaitons nous questionner sur les cadres théoriques transdisciplinaires qui informent ces notions ainsi que sur leur mise en œuvre pédagogique de la maternelle à l’université, tant dans les pratiques de classe que dans la formation des enseignants. »

Notre cerveau n’a pas évolué pour gérer autant de sollicitations électroniques

Pendant l’immense majorité de notre longue histoire évolutive nous avons vécu dans le calme des milieux naturels bercés par le vent, probablement semblables à la savane afraicaine d’aujourd’hui (voir l’image au bas de ce billet). De temps en temps, un craquement de branche inhabituel ou un mouvement dans les herbes au loin attirait notre attention. Avec raison : ce pouvait être soit notre repas du soir qui passait, ou soit une bête pour qui l’on était son repas du soir ! Il fallait donc tenir compte immédiatement de cette sollicitation inattendue. Ceux qui ne l’ont pas fait n’ont pas vécu longtemps et n’ont pas laissé de descendants avec leurs gènes un peu trop relax….

Par conséquent, nous sommes tous et toutes aujourd’hui les descendants des individus les plus sensibles à ces sollicitations soudaines du monde extérieur. Notre cerveau est « câblé » pour s’en préoccuper. Sauf que le monde dans lequel on vit, avec l’arrivée d’Internet, des courriels et des médias sociaux depuis une décennie ou deux est complètement différent de celui qui a façonné le cerveau que l’on a toujours entre les deux oreilles. D’où les problèmes de contrôle de notre attention dont nous allons parler un peu plus bas. Mais avant, je vais essayer de vous faire sentir cette longue échelle de temps où s’est déroulé le façonnage de notre cerveau avec une petite comparaison. L’ironie de la chose étant ici que si ces longues durées nous sont si difficiles à appréhender, c’est justement parce que l’évolution a ajusté notre cerveau pour qu’il soit à l’aise avec la temporalité d’une vie humaine, soit quelques décennies, et pas des millions d’années.

Pour vous donner une idée de ces temps immensément long, on peut donc tenter de les ramener à une autre échelle plus compréhensible pour nous, en faisant équivaloir par exemple un millénaire à une seconde. Les premiers vertébrés (des poissons primitifs) seraient alors apparus il y a un peu plus de 5 jours. Les premiers primates il y a près de 21h, notre genre Homo il y a environ 41 minutes 40 secondes, notre espèce Homo sapiens il y a environ 3 minutes et 20 secondes. Et ce qu’on appelle l’Histoire qui débute avec les traces écrites de nos cultures humaines ne durerait que 5-6 secondes… sur nos 5 jours !

Toujours sur cette même échelle comparative, les 3 derniers siècles de la révolution industrielle ne représentent que 0,3 secondes. Et l’avènement des réseaux sociaux sur Internet ? Un centième de seconde… toujours sur 5 jours ! Et après ça on se demande pourquoi cette vieille machine ayant évolué dans le calme des savanes se trouve surexcitée quand elle reçoit un « Like » ou un texto à toutes les dix secondes…

Sans parler de la dépendance que l’on développe face à ce flot ininterrompu de récompenses instantanées. Car depuis des dizaines de millions d’années, un comportement qui procure une récompense porte l’organisme qui vient de le faire à répéter ce comportement. Les psychologues appellent ça du conditionnement opérant et c’est donc un mécanisme très ancien phylogénétiquement. Et en général, plus un mécanisme est ancien, plus il est puissant. Avoir la possibilité avec un simple mouvement du doigt (« pull-to-refresh », en anglais) de rafraîchir le contenu de notre écran pour voir si on a reçu d’autres nouveaux statuts Facebook, « Likes » ou autres notifications a donc un potentiel addictif terrible pour notre cerveau. Cerveau qui est calibré pour être renforcé quand une fois ou deux dans la journée on remarque tel feuillage de plante qui nous permet d’aller cueillir ses petits fruits…

C’est avec tout ça en tête qu’on peut apprécier le combat que décrit Deric Bownds avec lui-même par rapport aux incessantes sollicitations numériques qui le détournent d’activités plus productives. Comme peut-être le billet de blogue où il en parle, ou celui-ci que je suis en train d’écrire. Bownds mentionne le concept de « continuous partial attention » qui est justement cet état où l’on pense à tout moment à ces sollicitations électroniques de toutes sortes qu’on pourrait manquer. Chaque coup d’œil qu’on leur porte nous fait alors perdre non seulement le temps qu’on a mis pour les regarder, mais également les quelques secondes où l’on devra se demander où l’on en était lorsqu’on reviendra à notre tâche principale. Et avec les téléphones portables, il y a en plus ce sentiment de toujours devoir être disponible en tout temps et en tout lieu pour répondre à ces sollicitations, créant ce sentiment diffus de ne plus nous appartenir, de ne jamais pouvoir être concentré à 100% sur quelque chose, ne serait-ce que sur la beauté des arbres du parc dans lequel on marche.

Ce sentiment d’être entièrement disponible pour pour une tâche, pour ce qui se passe autour de soi ou dans nos pensées est quelque chose qui fait le plus grand bien à quiconque le redécouvre. Il est probablementaussi responsable en partie du bien-être ressenti en vacances lorsqu’on adopte une rytme de vie plus lent, souvent plus connecté avec la nautre (vous vous souvenez, cet état déjà oublié où vous vous trouviez encore il y a quelques semaines ? ;-) ). Ou celui qu’avait expérimenté ces neuroscientifiques qui s’étaient « fait violence » et étaient partis une semaine faire du rafting sans cellulaire ni ordinateur pour voir quel effet ça leur faisait au niveau de leur vie mentale. Et ô surprise, ils se sont vite sentis plus contemplatifs et capables de maintenir et d’explorer une idée plus longtemps mentalement que lorsqu’ils répondent à 100 courriels par jour…

Alors si vous voulez diminuer ce sentiment d’impuissance acquise (« learned helplessness ») par rapport à ces sollicitations numériques « supranormales » pour notre vieux cerveau des savanes, essayez de temps en temps de vous rendre non rejoignable pour quelque temps. Ça peut paraître un peu trivial, mais ça peut être tout un défi pour certaines personnes. Si c’est votre cas, dites-vous que ce n’est pas de votre faute mais celle des millions d’années qui vous ont façonné votre cerveau. Pour retrouver une certaine harmonie avec le désign original de votre cerveau, si l’on puis dire, allez-y progressivement au début, ne serait-ce qu’un petit 15 minutes coupé de toute sollicitation électronique pour commencer s’il le faut. Et puis augmentez progressivement la durée, comme dans toute bonne thérapie d’un sevrage quelconque. Car c’est bien ce dont il s’agit ici. D’un phénomène qui se termine toujours, en bout de ligne, par la gestion de nos vieilles voies cérébrales noradrénergiques ou dopaminergiques !

La danse (comme la musique) modifie le cerveau de ceux qui en font souvent

Les différentes techniques d’imagerie cérébrale dont on dispose depuis quelques décennies maintenant ont permis de voir les changements anatomiques structuraux qui surviennent dans notre cerveau lorsqu’on s’adonne à une activité régulière, comme la musique ou la dance dont il sera question aujourd’hui à travers les récents travaux de Falisha Karpati de l’université McGill, à Montréal. Celle-ci a voulu comparer les cerveaux de danseurs professionnels avec ceux de musiciens professionnels (qui avaient été davantage étudiés) et de gens qui n’étaient ni danseurs ni musiciens. Le titre de ses deux dernières publications scientifiques, « Dance and music share gray matter structural correlates » en 2017 et « Structural Covariance Analysis Reveals Differences Between Dancers and Untrained Controls » en 2018, laissent entrevoir qu’effectivement, passer huit heures par jour à danser ou à jouer de la musique rend votre cerveau différent d’une personne qui ne fait ni l’un ni l’autre…

Mais différent comment ? Le changement a été observé dans certaines régions du cortex cérébral qui ont laissé apparaître un épaississement de cette fine couche de neurones de 2-3 millimètres d’épaisseur. Et sans être directement mentionné dans les articles, on sait de nombreuses autres études qu’un des aspects de la plasticité neuronale responsable de cet épaississement serait le développement de nouveaux dendrites chez ces neurones corticaux fréquemment sollicités.

Comme Karpati le résume dans ce reportage vidéo, il y a deux régions particulières, parmi toutes celles qui peuvent s’activer quand on fait de la danse ou de la musique, dont le volume cortical était sensiblement plus grand chez les danseurs et les musiciens comparé aux sujets contrôles. Il s’agit d’abord des régions corticales du gyrus temporal supérieur droit (voir l’image en haut de ce billet). Cette région est impliquée dans plusieurs fonctions, notamment l’intégration multisensorielle, donc auditive, visuelle, somatosensorielle, etc., ainsi que l’intégration sensorielle et motrice. Des aspects importants, on s’en doute, dans la danse et la musique.

L’autre région, le cortex préfrontal dorsolatéral gauche, a une relation particulière avec la danse. Elle est en effet active quand lorsqu’on observe des mouvements dans le but de les reproduire (et implique possiblement l’activité des fameux neurones miroirs) ainsi que lorsque l’on fait de l’imagerie mentale motrice (lorsqu’on s’imagine en train de faire un mouvement ou qu’on tente de prédire le mouvement que fera une autre personne).

On peut alors se demander, comme le fait la journaliste du reportage vidéo, si c’est vraiment la pratique de la danse qui a produit l’épaississement cortical observé dans ces régions ou si ces individus ne sont pas simplement devenus danseurs ou danseuses parce qu’ils étaient nés avec ces régions plus développées, ce qui aurait rendu plus facile pour eux l’acquisition de ce niveau élevé d’expertise en danse.

Karpati pense qu’il pourrait s’agir un peu des deux. Son approche à elle n’a pas suivi les mêmes individus avant et après qu’ils soient devenus experts en danse, donc elle ne peut pas trancher entre les deux possibilités. Mais de telles études dites longitudinales ont été faites et ont montré que la pratique soutenue de la danse augmente le volume de ces structures, indique Karpati. D’autres études ont également démontré que des sujets qui n’étaient pas danseurs mais qui avaient ces structures cérébrales plus développées apprenaient effectivement plus rapidement à danser. Mais encore ici, cela ne veut pas dire non plus que ces plus grosses structures avant le début des cours de danse l’étaient nécessairement de naissance. Elles auraient pu provenir, du moins en partie, d’autres apprentissages moteurs faits par la personne et qui sollicitaient ces régions.

Comme le souligne Falisha Karpati vers la fin du vidéo, on a maintenant une bonne idée des transformations que subit le cerveau suite à une pratique répétée de la danse. Et l’on connaît les patterns d’activation du cerveau de personnes qui regardent des gens danser (et même selon que la personne sait danser ou pas la danse regardée). Resterait maintenant à réussir à enregistrer l’activité cérébrale globale de sujets pendant qu’ils sont en train de danser, chose pas facile à imaginer quand on connait la grosseur des appareils de résonnance magnétique ! Mais avec de nouvelles technique comme l’imagerie spectroscopique proche de l’infrarouge (« Near-infrared spectroscopy », en anglais), qui peut être très légère (le sujet porte un simple bandeau) on peut imaginer voir bientôt le cortex des danseurs à l’œuvre en temps réel (le cortex et pas le cerveau entier, car c’est une des limites de cette technique de ne pas pouvoir enregistrer plus en profondeur dans le cerveau).

Des souris et des humains qui retiennent à différents niveaux (plus un scoop!)

Comme c’est la rentrée pour plusieurs aujourd’hui, on va parler d’apprentissage et de mémoire. Mais on va en parler à deux niveaux très différents. D’abord au niveau des neurones et des groupes de neurones qui encodent nos souvenirs avec la présentation de l’article « Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus » qui vient d’être publié dans la revue Science le 23 août dernier. Et ensuite au niveau psychologique et même social avec l’annonce du lancement de la 10e année de l’UPop Montréal qui donne des cours gratuits dans les bars et les cafés. Commençons donc par les souris de l’étude avant d’arriver aux humains qui boivent en apprenant!

En fait, les souris aussi buvaient dans cette étude. Elles buvaient de l’eau sucrée (qu’elles adorent) quand elles la trouvaient quelque part le long d’un corridor de cinq pieds où des symboles étaient écrits sur les murs en guise de repères. Sauf que, et c’est là l’exploit technique de cette étude, on avait opéré les souris pour les munir d’un espèce de microscope-casque miniature capable de d’observer en temps réel l’activité des neurones des deux hippocampes de la souris. Grâce à cette imagerie au calcium déjà décrite dans ce blogue, on pouvait donc observer l’évolution de l’activité de dizaines et de dizaines de neurones en temps réel à mesure que la souris apprenait à retenir vis-à-vis quel signe on mettait l’eau sucrée.

Et ce qu’on a pu observer montre que le substrat d’un souvenir dans le cerveau, lorsque celui-ci se stabilise et persiste sur de longues périodes, correspond à l’activité synchrone d’un grand groupe de neurones et non à la connectivité accrue entre quelques neurones spécifiques. Et c’est l’une des forces de cette étude que d’avoir montré que l’activité des neurones pris individuellement varie beaucoup au fil du temps (pour continuer sans doute à faire face aux changements incessants dans l’environnement de l’animal), mais que des réseaux stabilisés se forment malgré tout au cours de l’apprentissage et montrent une grande résilience. On l’a démontré par exemple en détruisant certains neurones des hippocampes de ces souris durant l’expérience. Les neurones dont l’activité était devenue synchrone parvenaient tout de même à se réorganiser et à reformer un ensemble oscillant à l’unisson. Même chose quand l’animal était remis dans sa cage : l’activité devenait alors désynchronisée dans le réseau, mais pour se resynchroniser dès que l’animal retournait sur les lieux de son apprentissage.

Cela vient confirmer de belle façon le retour du concept « d’engramme » pour la trace d’un souvenir stabilisé dans le temps dont on avait déjà parlé ici. On voit donc que si des phénomènes de plasticité synaptique sont nécessaires à l’apprentissage tant au niveau moléculaire (récepteurs modifiés), structurel cellulaire (variation de la taille des épines dendritiques) et au niveau de l’efficacité de la connectivité entre deux neurones, c’est au niveau d’une population entière de neurones et de son activité synchronisée que l’on commence à se situer au bon niveau d’organisation pour faire des liens pertinents avec ce qu’on appelle un souvenir au niveau psychologique.

Et bien sûr entre les deux il y a le niveau cérébral, en particulier celui de l’ensemble du cortex où l’hippocampe envoie des signaux constants qui contribuent au stockage des souvenirs à très long terme. D’ailleurs, petite parenthèse, en fouillant sur le site web du CALTECH où a été réalisée cette étude, je suis tombé sur cet autre article qui date de 2016 intitulée : « Membrane Potential Dynamics of CA1 Pyramidal Neurons during Hippocampal Ripples in Awake Mice. » Elle éclaire justement cette partie du problème : comment l’hippocampe diffuse au cortex l’information pertinente à retenir à long terme. Et comme le titre l’indique, les « ripples », ces bouffées d’influx nerveux courtes mes de fréquences très élevée, semblent grandement impliquées dans le processus.

Au-delà de ce qu’on peut observer au niveau du cerveau entier, il y a ce qu’on peut ressentir au niveau psychologique en tant qu’individu. On ne peut malheureusement pas savoir « quel effet ça fait » d’être une souris de l’expérience de Walter Gonzalez décrite plus haut, mais on peut s’interroger sur les facteurs psychologiques qu’on ressent en tant qu’humain et qui peuvent influencer positivement ou négativement nos apprentissages. Le topo de dimanche dernier de l’émission radiophonique Les années lumière, qui avait attiré mon attention sur cette étude, mentionne par exemple le caractère associatif de notre mémoire, et donc l’effet facilitateur de tout le contexte qu’on peut associer à quelque chose qu’on veut retenir pour en faciliter le rappel. Connaissant maintenant, grâce à l’étude de Gonzalez et ses collègues, la nécessité d’avoir un grand nombre de neurones pour former un engramme mnésique fort et stable, on ne sera pas surpris de cette caractéristique analogue de notre mémoire au niveau psychologique.

De mon côté, j’ai parlé de ce facteur favorisant l’apprentissage et de bien d’autres à plusieurs occasions dans Le cerveau à tous les niveaux, dans ce blogue, ou encore dans mes cours incluant ceux que j’ai donnés par le passé à l’UPop Montréal. Et c’est ce qui m’amène à vous parler cette formidable initiative coordonnée par un petit collectif de bénévoles dont j’ai la chance de faire partie…

Pour souligner le début de sa dixième année, l’UPop Montréal vous invite donc à une soirée de lancement spéciale dans la très chic salle du Cabaret Lion d’Or (1676 Rue Ontario E, juste à l’ouest de Papineau). Une soirée style cabaret qui débutera à 20h (portes à 19h) le vendredi 27 septembre, le soir même de la grève mondiale pour le climat !

Pour marquer nos dix ans, nous remonterons l’histoire de l’UPop depuis ses débuts avec une brochette d’ancien.nes membres du collectif, d’ancien.nes profs, de partenaires et ami.es de l’UPop, d’artistes, etc. Et bien sûr, nous vous présenterons la programmation de cette nouvelle session d’automne 2019 avec chaque prof qui présentera brièvement son cours dans la plus pure tradition de nos lancements !

J’ai d’ailleurs un scoop juste pour vous, fidèles lecteurs et lectrices de ce blogue : je vais me compromettre une fois de plus à l’UPop pour une série de cours… j’aillais dire sur le cerveau, mais ça va être pas mal plus vaste que ça ! Je ne vous en dis pas plus pour l’instant, histoire de vous donner le goût de venir au lancement où je vais vous expliquer tout ça « live ».  ;-)

Et si vous hésitez encore (sachant qu’une page descriptive du cours se retrouvera au www.upopmontreal.com au lendemain du lancement), sachez que pour finir la soirée dans une atmosphère chaleureuse et festive, nous aurons l’immense plaisir d’accueillir La fanfare Pourpour pour un gros set acoustique comme elle seule sait le faire! Tout ça gratuitement, évidemment.

Donc passez le mot et arrivez tôt! En plus, les enfants sont admis!

La cognition incarnée enfin devenue « mainstream » !

Le dossier principal du numéro de septembre 2019 de la revue Cerveau & Psycho porte sur la « cognition incarnée ». Cela donne un bon prétexte pour mesurer le chemin parcouru depuis trois décennies au sein de ce qu’on appelle aujourd’hui les «sciences cognitives» et qui incluent les neurosciences, la psychologie, la philosophie, la linguistique, etc. Bref, toutes les disciplines qui s’intéressent de près ou de loin à « l’esprit humain ». Cela fait beaucoup de guillemets en peu de phrases (incluant le titre du billet!), mais c’est symptomatique d’une difficulté que rencontrent depuis toujours ceux et celles qui s’intéressent à l’être humain, à la façon dont il pense et se comporte. Les mots sont en effet les moins pires outils à notre disposition pour penser le monde, mais ils comportent de nombreuses limites et de nombreux pièges. À commencer par la catégorisation dichotomique, la plus célèbre en ce qui nous concerne aujourd’hui étant celle du corps et de l’esprit.

Héritée de toute une tradition philosophique dont René Descartes est la figure emblématique, cette dichotomie a infiltré, si l’on peut dire, le développement même des sciences cognitives naissantes à partir des années 1950 et 1960. Et jusque dans les années 1970 et 1980 où des philosophes comme Jerry Fodor ou Zenon Pylyshyn ont clamé que le corps n’avait rien à voir avec la pensée qui s’apparentait plutôt à un logiciel d’ordinateur. Le mot cognition avait bien remplacé le mot esprit, mais il restait toujours pris en sandwich entre les inputs sensoriels et les outputs moteurs dont l’enracinement dans un organisme biologique n’était pas pris en compte.

Il aura fallu attendre le début des années 1990 pour que le vent commence à tourner, notamment avec la publication de livre de Francisco Varela, Eleanor Rosch et Evan Thompson « The Embodied Mind » (traduit en français par « L’inscription corporelle de l’esprit ». Ce livre posait les prémisses d’une véritable révolution scientifique en proposant que la cognition est inextricablement liée au corps de l’organisme, résultat non seulement de son histoire de vie personnelle mais également de la longue histoire évolutive de son espèce. Comme toute révolution scientifique, celle-ci n’a pas été adoptée immédiatement, loin de là. Mais les failles et limites de l’ancienne conception où la pensée n’était vue que comme des manipulations de symboles abstraits en a convaincu plusieurs d’élaborer des protocoles expérimentaux testant les nouvelles idées de cette incarnation sensorimotrice de notre pensée.

C’est donc dans les années 2000 que l’on vit apparaître une foule de résultats démontrant à quel point notre pensée est constamment informée et influencée par le corps. En fait, notre cerveau passe son temps à faire des simulations dans ses aires corticales sensorimotrices pour comprendre le sens des mots, imaginer de nouvelles structures, faire des calculs, etc. Dans les années 2010, ce programme de recherche était devenu incontournable en science cognitive et à partir de là tous les modèles et cadres théoriques proposés se sont fait un devoir de préciser que leur approche était compatible avec cette conception incarnée de la cognition. En fait, certaines personnes commencent même à trouver que l’expression « cognition incarnée » est un pléonasme, un vestige du dualisme cartésien (comme s’il fallait faire rentrer la cognition de force dans le corps !), et que le mot cognition dans son sens moderne inclut dorénavant une seule et même entité (qui inclut pensée, cerveau, corps et même environnement).

Dès les débuts de ce blogue, en 2010, j’ai écrit plusieurs billets sur la cognition et les émotions incarnées, alors que peu de médias grand public s’y intéressait encore. J’ai parlé par exemples des travaux de Kevin O’Regan, d’Alva Noë et bien sûr d’Evan Thompson ici, ou encore . Et c’est donc presque une décennie après que son importance fut reconnue par le milieu, et trois décennie après son déclenchement, que monsieur et madame tout le monde peuvent plonger dans cette révolution scientirfique fascinante dans leur magazine préféré… Cela est fort instructif sur le temps qui s’écoule parfois entre un changement important de paradigme en science et sa diffusion plus large dans la société. Et trois décennies ça peut paraître beaucoup, mais quand on s’attaque à une tradition dualiste d’au moins 400 ans, voire quelques millénaires, ce n’est peut-être pas si pire ! Le moment le plus dur (l’époque où ces conceptions devenaient incontournables mais pas encore reconnues largement) étant définitivement derrière nous.

Cela dit, c’est tout un mode de questions et d’hypothèses à tester qui s’ouvre avec ce nouveau rapport entre la cognition et son support biologique. C’est ce que le dossier de Cerveau & Psycho présente, et c’est ce que je n’ai cessé de faire depuis un bon 5 ans maintenant que ce soit à travers mes cours à l’UPop Montréal, ceux à l’Université du troisième âge ou encore mes Écoles de profs, ces demi-journées ou journées de perfectionnement / mise à jour dans le domaine des sciences cognitives que j’offre aux professeurs de cégep.

Je terminerai d’ailleurs par un peu de publicité pour cette dernière. La session d’automne débute actuellement dans les cégeps et si vous y êtes profs non seulement en biologie, mais aussi en psycho, philo, anthropo, etc., allez voir ce que j’ai déjà offert sur ma page de l’École des profs où j’archive systématiquement en pdf toutes mes présentations. Et si certains de ces sujets vous parlent (en particulier celles sur les liens entre cerveau, corps et environnement), pensez à moi lors de votre prochaine journée pédagogique ou de formation ! ;-) Je peux aussi remanier les présentations existantes pour m’adapter à vos besoins. En espérant avoir le plaisir d’amener mon corps penser avec le vôtre bientôt…

* * *

En terminant, comme c’est aussi la rentrée des classes pour les plus jeunes, ce passage vers la fin de l’entrevue de ce même numéro de Cerveau & Psycho avec le psychologue Rémy Versace intitulée « Notre corps détermine notre rapport au monde » a attiré mon attention :

« Même si la cognition incarnée reste encore très méconnue dans le domaine de l’éducation, de plus en plus d’enseignants font appel à des méthodes dans lesquelles ils utilisent, sans forcément le savoir, les principes de la cognition incarnée. C’est le cas notamment en mathématiques ; pour apprendre des notions abstraites, il est intéressant de les raccrocher à des expériences sensorielles, à des gestes ou des représentations dans l’espace, etc., de manière à ce que ces règles soient issues des expériences sensori¬motrices de l’élève. […] De même, des travaux ont montré que si on entraîne les enfants à se construire une bonne représentation de l’es¬pace, ils font souvent des progrès en géométrie. Dès cet automne, nous mènerons des études auprès de classes de CE1 sur l’impact cognitif d’activités en pleine nature favori¬sant la simulation sensorimotrice, avec une attention toute particulière pour un transfert possible vers les apprentissages en classe. »

Je venais en effet de lire le matin même ce reportage sur la seule école publique entièrement extérieure au Canada. Le fait que le corps des enfants à cette école est en prise directe avec l’environnement et bouge constamment n’est peut-être pas étranger à son succès.

L’origine évolutive de nos sentiments moraux

En cherchant des podcasts à écouter lors de mes déplacements estivaux, je suis tombé sur cet épisode de Brain Science que j’avais manqué à la fin du mois de juin dernier. Il s’agit d’une entrevue de Ginger Campbell avec la philosophe des sciences Patricia Churchland qui parle de son dernier livre Conscience: The Origins of Moral Intuition. Vaste sujet mais que Churchland, en bonne philosophe qui a toujours les deux pieds dans les données des neurosciences, rend concret et accessible à tous avec moult exemples. Je vous invite donc à mettre ce ballado sur vos oreilles ou à en lire quelques extraits que j’ai traduits ci-dessous pour vous mettre l’eau à la bouche.

Rappelons d’abord que Churchland avait écrit en 1986 un ouvrage intitulé Neurophilosophy qui avait dérangé nombre de philosophes convaincus à l’époque que seule l’analyse traditionnelle des concepts viendrait un jour à bout des grandes questions comme qu’est-ce que le soi ou la conscience. Mais plusieurs neurobiologistes (y compris l’étudiant que j’étais à l’époque) avaient trouvé emballant et nécessaire ce nouveau programme de recherche transdisciplinaire proposé par Churchland qui impliquait d’aller voir bien sûr aussi du côté de la psychologie, de l’anthropologie, etc.

C’est donc toujours dans cet esprit qu’elle aborde aujourd’hui la question de l’origine des intuitions morales humaines. Autrement dit pourquoi avons-nous fréquemment des comportements qui impliquent un coût pour nous-même dans le but d’aider les autres ? Churchland va d’abord éliminer les deux sources qui peuvent nous venir spontanément à l’esprit. D’abord la religion :

« Il y a plusieurs raisons pour lesquelles ce n’est pas une réponse adéquate, mais je pense vraiment qu’une raison importante est que les anthropologues savent très bien que de nombreux groupes fonctionnent extrêmement bien, ont de bonnes normes sociales, font preuve de courage, de compassion, s’intéressent les uns aux autres, etc., mais ils n’ont rien de comparable à une religion organisée. »

Puis la raison, l’idée avancée au moins depuis Kant que nous serions des êtres moraux à cause de notre rationalité qui nous permet d’adhérer à des normes et de les appliquer au moment opportun.

« Mais plusieurs autres grands penseurs concevaient ce problème différemment, dont Aristote, Darwin et les deux grands philosophes écossais, David Hume et Adam Smith. Ainsi, dans La descendance de l’homme, Darwin demande quelle pourrait être l’origine de notre sens moral, de notre conscience. Et il suggère qu’il y a trois choses, dont l’une est l’instinct social. »

Et Churchland enchaîne en parlant d’éthologues ou de primatologues contemporains qui pensent la même chose qu’elle. Des gens comme Frans de Waal par exemple.

«Il réalise depuis des années que de nombreuses espèces de mammifères et d’oiseaux sont très sociales. Ils aimer être ensemble. Ils ont mal quand ils sont séparés. Ils se toilettent. Ils se consolent. Ils pleurent la mort d’un autre individu à qui ils étaient très proches. Ils partagent la nourriture. Ils agissent ensemble de manière concertée, parfois dans le but de chasser ou de coopérer pour se défendre. Voilà autant de comportements sociaux importants qui trouvent leur pendant chez l’humain, ce qui suggère qu’ils pourraient avoir des racines évolutives très profondes.»

Mais pourquoi, contrairement aux amphibiens ou aux reptiles par exemple, les mammifères sont-ils des animaux sociaux? Et la réponse que Churchland suggère comporte plusieurs étapes, dont la première est l’apparition de l’homéothermie, la capacité à maintenir la température du corps constante.

« C’était une innovation évolutive magistrale, car elle permettait aux animaux de se nourrir la nuit, et leur a permis de s’aventurer dans des climats où les animaux à sang froid ne pouvaient pas aller parce qu’ils ne pouvait pas y survivre. Mais il y avait un prix à payer pour cela, et c’est que gramme pour gramme, une créature à sang chaud doit manger dix fois plus de calories qu’une créature à sang froid. »

Je résume très vite les autres événements complexes et intriqués évoqués par Churchland et qui auraient été nécessaires à l’apparition du sen moral. D’abord il fallait trouver comment se procurer autant de calories. Une pression sélective favorisant les individus les plus futés, les plus débrouillards, bref les plus intelligents a sans doute eu un rôle important à jouer ici. Dans le cas des mammifères, cela a favorisé l’accroissement du cortex cérébral. Et on connaît la suite : les jeunes, en particulier chez les primates et le genre Homo où le volume cérébral explose littéralement, se sont mis à naître prématurément, avant que leur cerveau ne soit trop gros et constitue un danger pour la mère lors de l’accouchement (autrement dit, les individus qui naissaient avec un trop gros cerveau et faisaient mourir leur mère n’ont pas eu de descendants…).

Cette immaturité à la naissance, qui amène une grande vulnérabilité des petits mammifères, va favoriser une nouvelle attitude parentale que Churchland considère comme la base biologique de notre moralité :

« Il semblerait que la solution proposée par Mère Nature a consisté à trouver une personne qui pouvait faire quelque chose de très difficile, à savoir s’occuper des bébés. Pour faire cela, celle qui était toute désignée était la mère parce qu’elle venait d’accoucher. […]

À partir de là on peut imaginer que le câblage cérébral qui assure votre propre survie a pu être étendu de « moi seulement » à « moi et les miens », de sorte que, tout comme je ressens un malaise quand j’ai faim, alors je ressens un malaise quand me bébé pleure parce qu’il a faim ou parce qu’il est séparé de moi.

Et la partie cruciale de l’histoire semble avoir été rendue possible, comme le fait souvent mère Nature, en réutilisant des mécanismes déjà présents dans le cerveau des mammifères. L’ocytocine et la vasopressine, deux petites hormones peptidiques, semblent avoir été fondamentales pour recâbler le cerveau vers plus de soins pour les nourrissons. »

Et Churchland de citer ensuite les expériences sur les campagnols de plaines et les campagnols des montages dont j’ai déjà parlées dans mon site et dans ce blogue. J’arrêterai donc ici pour vous laisser apprécier les autres études dont elle s’inspire pour montrer les racines biologiques possibles de nos sentiments moraux.

Si ce genre de voyage évolutif à différents niveaux d’organisation ouvrant de nouvelles perspectives de compréhension sur nous-même vous intéresse, je vous dirais de rester à l’affût car des choses qui vont en ce sens s’en viennent cet automne.

De nouveaux neurones dans l’amygdale jusqu’à l’âge adulte, mais pas chez les autistes

L’article que je vous présente cette semaine, publié en mars 2018 et intitulé « Neuron numbers increase in the human amygdala from birth to adulthood, but not in autism », n’est pas sans rappeler la récente controverse sur la naissance (ou pas) de nouveaux neurones dans le cerveau humain adulte. Sauf que le phénomène que l’on va décrire ici dans une structure cérébrale qu’on appelle l’amygdale ne se déroule que de l’enfance au début de l’âge adulte, ce qui ne le rend pas moins intéressant pour autant.

C’est que contrairement à ce qui se passe ailleurs dans le cerveau, nos deux amygdales (situées dans la partie rostrale de nos deux cortex temporaux) augmentent leur volume d’environ 40% de l’enfance à l’âge adulte. Cette maturation lente permettrait à cette structure cérébrale très branchée sur les stimuli « préoccupant » de notre environnement (parce qu’ils ont une valeur, positive ou négative, au niveau de la survie) de s’ajuster de manière importante au milieu dans lequel se développe l’individu, en particulier son milieu social.

On pense que des facteurs comme l’augmentation de la taille des synapses, la genèse de nouvelles synapses ou celle de nouvelles cellules gliales pourrait contribuer à cette augmentation de volume de l’amygdale en début de vie. Mais l’étude de Thomas Avino et ses collègues semble avoir mis en évidence un autre phénomène : la maturation d’une grande population de neurones immatures (et donc plus petits) dans le noyau paralaminaire de l’amygdale.

Il faut rappeler que nombre de structures cérébrales comme l’amygdale sont en fait constituées de sous-régions distinctes qu’on appelle « noyaux » (à ne pas confondre avec le noyau à l’intérieur d’une cellule qui contient l’ADN !). Identifiés sur la base de leurs types de neurones et de la connectivité de ceux-ci avec d’autres régions cérébrales, il arrive même que ces noyaux soient à leur tour subdivisés en deux ou trois autres sous-régions ! Pour revenir à notre étude, les auteurs proposent que ces nouveaux neurones du noyau parlaminaire de l’amygdale qui se développent durant l’enfance, l’adolescence ou le début de l’âge adulte pourraient migrer vers d’autres noyaux de l’amygdale (comme le basal et le basal accessoire).

Mais cette étude comportait aussi un autre objectif : déterminer si cette augmentation du nombre de neurones dans l’amygdale se produisait également dans le cerveau d’individus atteints de troubles du spectre de l’autisme. Et contrairement aux individus normaux, les cerveaux des personnes autistes montraient un excès de neurones dans l’amygdale durant l’enfance suivi d’une réduction à l’âge adulte dans différents noyaux. Le contraire, en somme, de ce qui se passe dans l’amygdale d’un individu normal.

Les auteurs en viennent ainsi à proposer que l’apport de neurones matures en provenance du noyau paralaminaire observé chez les sujets normaux semble altéré chez les personnes autistes et expliquerait cet aspect apparemment dégénératif de l’autisme. Ces résultats appuient également l’idée déjà présentée dans ce blogue de fonctions beaucoup plus diversifiées qu’on avait d’abord cru pour l’amygdale, en l’occurrence son premier rôle décrit de « système d’alarme » dans la réaction de peur. Les différents noyaux de l’amygdale font des connexions avec de nombreuses autres structures cérébrales, et c’est la formation de tels grands réseaux qui rend possible l’intégration nécessaire à nos comportements complexes. Cela dit, si des noyaux de neurones de certaines structures cérébrales contribuant à ces réseaux sont altérés, la fonction de ces grands réseaux va aussi s’en ressentir et donner lieu à des comportements différents.

Les corrélats neuronaux de la beauté mathématique

Je fouille dans mes vieux articles classés « petits billets pour l’été » et je tombe sur celui-ci de 2014 intitulé « The experience of mathematical beauty and its neural correlates ».

On y rappelle d’abord deux choses. Premièrement que ce n’est pas d’hier que des mathématicien.nes parlent d’un véritable plaisir esthétique qui peut les envahir à la vue de certaines formules mathématiques. Et deuxièmement, que plusieurs expériences d’imagerie cérébrales ont montré que l’activation du cortex orbito-frontal médian (et particulièrement sa région A1) était l’un des corrélats neuronaux les plus associés à l’expérience esthétique perceptuelle (beauté d’une personne, d’un paysage, d’une pièce musicale, etc.). D’où la question à l’origine de cette étude : est-ce qu’un plaisir en apparence d’origine aussi abstraite que l’appréciation d’une formule mathématique active ce même cortex orbito-frontal médian chez les mathématicien.nes ému.es par une belle formule ? Et la réponse semble bien être oui…

Pour arriver à cette conclusion, Semir Zeki et son équipe ont demandé à une quinzaine de mathématicien.es de passer en revue une soixantaine de formules mathématiques et de les classer sur une échelle de – 5 (laides) à + 5 (superbes) selon ce qu’elles évoquaient comme sentiment en eux. Deux semaines plus tard, on les mettait dans un scan d’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) et on leur demandait de refaire la même chose.

Parmi les formules mathématiques jugées comme les plus esthétiques revenaient souvent l’identité de Leonhard Euler, celle de Pythagore et les équations de Cauchy-Riemann. L’équation d’Euler (la première illustrée ci-dessus) relie cinq constantes mathématiques fondamentales avec trois opérations arithmétiques différentes. Sa beauté aurait été comparée au soliloque du Hamlet de Shakespeare, pour vous dire ! Et parmi les plus laides, plusieurs choisissaient l’équation fonctionnelle de Riemann et la série infinie de Srinivasa Ramanujan (la seconde illustrée ci-dessus qui, même pour un non mathématicien comme moi, a quelque chose de foncièrement repoussant !).

Et donc non seulement les jugements étaient consistant entre la première et la seconde évaluation, mais les formules considérées comme les plus esthétiques activaient la région A1 du cortex orbito-frontal médian (par ailleurs l’une des nombreuxes régions aussi activée dans l‘expérience mystique et la méditation). Comme quoi chez l’être humain une émotion esthétique peut être déclenchée par autre chose qu’une image ou de la musique, jusqu’à la soi-disant froide abstraction mathématique !

Une première édition pour l’école d’été en neuroéducation

Du 26 au 28 juin dernier s’est tenue à l’Université du Québec à Montréal (UQAM) la première édition de l’école d’été en neuroéducation. Menée en partenariat avec l’Association pour la recherche en neuroéducation (ARN),  les deux journées et demie de conférences et d’ateliers visaient à « créer un espace d’échange entre chercheurs et praticiens en abordant différentes thématiques et en mobilisant plusieurs connaissances issues des recherches en neuroéducation : la mémoire, les fonctions exécutives, les troubles d’apprentissage, le rôle du sommeil, du stress et des émotions dans l’apprentissage, etc. »

Parmi les personnes qui ont pris la parole, il y eu tout d’abord Steve Masson dont la présentation a permis de mieux connaître les mythes sur le fonctionnement du cerveau pour mieux enseigner. On m’avait ensuite demandé de parler des principes de base en anatomie et fonctions cérébrales pour le domaine de l’éducation, ce que j’ai tenté de faire à travers 12 grands principes généraux que vous retrouverez ici.

D’autres conférences ont ensuite porté sur des sujets plus spécifiques comme celle de Grégoire Borst, de l’Université Paris-Descartes, qui nous a parlé des mécanismes d’inhibition qui permettent au cerveau de surmonter des réflexes de la pensée. Comme il le rappelle dans le résumé de sa présentation : « les travaux du Laboratoire de psychologie du développement et de l’éducation de l’enfant dirigé par Olivier Houdé [avec qui Borst collabore] montrent que malgré nos capacités uniques de raisonnement, notre jugement est souvent biaisé par des intuitions erronées. Sur le plan éducatif et sociétal, ce biais est un problème majeur que les cognitivistes se sont efforcés d’identifier. »

Martin Riopel, de l’UQAM, a pour sa part parlé des effets d’espacement et de répétition, deux facteurs importants qui facilitent la consolidation des connexions neuronales et donc l’apprentissage. Mentionnons aussi Iroise Dumontheil, de Birkbeck University of London, qui a traité de la régulation du comportement et des émotions pendant l’adolescence. Comme elle l’écrit sur le site de l’école d’été, avec les remaniements hormonaux liés à la puberté, « Les adolescents ressentent les émotions de manière plus forte et sont plus sensibles au contexte social que les adultes. Par conséquent ils peuvent rencontrer des difficultés de régulation de leurs émotions et actions dans certains contextes. […] Mais l’adolescence peut aussi être considérée positivement comme une période d’exploration et de flexibilité cognitive, pendant laquelle les individus deviennent indépendants et construisent leur concept de soi. »

Avec les autres conférences plus pratiques et les ateliers, cette première édition qui comptait une centaine d’inscrit.es (professeurs, directeur d’écoles, etc.) et a affiché complet très rapidement augure bien pour d’éventuelles rééditions.

« Les » Alzheimers

J’ai lancé le sous-thème du Cerveau à tous les niveaux sur « la démence de type Alzheimer » au début de l’année 2011. Je me souviens être sorti de la recherche et de la rédaction de cette section du site avec le sentiment qu’on ne comprenait finalement pas grand-chose à cette maladie et que les causes en demeuraient fort obscures malgré notre connaissance de marqueurs biologiques comme les plaques amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires. Où en sommes-nous aujourd’hui, 8 ans plus tard ? C’est à cette question que ce (long) billet tente de répondre. Et devinez quoi ? Ce n’est pas simple…

Comme je le mentionnais alors dans le billet présentant ce sujet :

« les détériorations cognitives associées à l’Alzheimer ne se superposent pas toujours bien avec la présence ou l’absence de [ces marqueurs biologiques]. Seule l’ampleur de la perte synaptique reflète les pertes de mémoire et d’autres facultés. Mais à ce niveau d’analyse, on est déjà loin des causes possibles, sans parler des pertes neuronales qui surviennent naturellement au cour du vieillissement normal, ce qui alimente d’ailleurs tout un débat sur la nature même de la « maladie d’Alzheimer ». »

Ce genre de débat, loin de s’être amoindri au fil des ans, est aujourd’hui présent dans pratiquement tous les dysfonctionnements complexes qui affectent le cerveau, souvent de manière dégénérative. Je pense par exemple à la maladie de Parkinson que les spécialistes du domaine nous recommandent plutôt d’appeler « les »  maladies de Parkinson. En effet, ces spécialistes estiment qu’il pourrait y avoir jusqu’à une dizaine de formes de maladie de Parkinson avec leurs mécanismes propres mais qui produisent à la fin les mêmes symptômes chez ces différents patients. Comme le soulignait en 2016 Viviane Poupon dans un article sur l’approche « science ouverte » de l’université McGill :

« C’est dire qu’aucun médicament ne pourra à lui seul servir contre ces dix mécanismes ». [Et lors des essais cliniques],  on risque fort d’avoir l’impression [qu’un nouveau] médicament est inefficace puisqu’il est noyé dans une population de patients atteinte de diverses formes de Parkinson ».

Bref, plus on découvre la complexité des mécanismes qui génèrent les maladies neurologiques, plus on se rend compte que les formulations souvent employées dans les médias à propos de « LA » maladie de Parkinson ou de « LA » maladie d’Alzheimer sont beaucoup trop simples et nous empêchent sans doute d’embrasser toute cette complexité.

À propos de cette dernière, c’est ce qu’avaient voulu dénoncer un groupe de spécialistes internationaux dans un éditorial publié il y a trois ans dans la revue Journal of Alzheimer’s Disease. IntituléMicrobes and Alzheimer’s Disease”, l’article était un plaidoyer pour la nécessité urgente d’accorder plus de fonds pour la recherche fondamentale et clinique sur des agents antimicrobiens qui pourraient avoir un effet bénéfique pour les personnes diagnostiquées Alzheimer.

Car depuis deux trois décennies, on a accumulé toutes sortes de données impliquant des virus et des bactéries dans le développement des symptômes de l’Alzheimer. Mais ces études sur les liens entre microbes et Alzheimer ont souvent été ignorées ou minimisées, rendant leur financement très difficile. Tout cela pendant, rappelons-le, que plus de 400 essais cliniques de médicaments pour l’Alzheimer s’appuyant sur d’autres modèles se sont avérés infructueux seulement durant la décennie précédent la publication de cet éditorial. Celui-ci rappelait donc à juste titre comment l’hypothèse que des virus pouvant être à l’origine de certains cancers ou que des bactéries pouvant causer des ulcères d’estomac avait subi une forte résistance avant de finir par s’imposer et par mener au développement de traitements appropriés.

Ce pourrait donc très bien être aussi le cas des virus par rapport à l’Alzheimer, en particulier le virus de l’herpès buccal VHS-1. C’est en tout cas ce que rapporte l’article « Corroboration of a Major Role for Herpes Simplex Virus Type 1 in Alzheimer’s Disease” publié dans la revue Frontiers in Aging Neuroscience en octobre dernier par Ruth Itzhaki. La chercheuse, qui étudie depuis 25 ans les liens possibles entre le virus VHS-1 et la maladie d’Alzheimer, croit que ce virus pourrait être à l’origine de près de la moitié des cas d’Alzheimer et qu’un simple traitement préventif pourrait diminuer les risques de développer cette forme de la maladie.

Ce virus, qui est présent dans le corps de 50 à 90% des gens selon la région du monde, « coloniserait » le cerveau au fil du vieillissement, mais en y demeurant à l’état latent. Il pourrait cependant ensuite s’activer dans le cerveau de personnes vieillissantes lors d’événements stressants, d’immunosuppression ou d’infections. Si cette personne possède en plus la mutation génétique APOE4 associée à une forme tardive de la démence de type Alzheimer, ses probabilités d’en développer les symptômes deviennent alors 12 fois plus élevées que chez ceux qui ne possèdent pas cette mutation. L’article de Frontiers in Aging Neuroscience laisse aussi entrevoir la possibilité que des médicaments antiviraux puissent diminuer ce risque chez les personnes atteintes de fortes infections au virus de l’herpès.

Quelques mois auparavant, une autre étude publiée dans la revue Neuron cette fois-ci démontrait que les virus VHS-1, abondants dans les échantillons provenant de patients atteints d’Alzheimer, perturbent des voies métaboliques, notamment celles de la régulation du peptide amyloïde. Bref, les preuves qui relient l’activité de virus aux aspects moléculaires, génétiques, cliniques et neuropathologiques de l’Alzheimer s’accumulent sans toutefois qu’on puisse démontrer définitivement que l’activité virale contribue à son apparition et à sa progression. Car il est encore difficile de dire si la prolifération de virus est une cause ou une conséquence de la dégénération neuronale associée à l’Alzheimer, comme le souligne Ben Readhead, l’auteur principal de l’étude :

“Are these viruses opportunistic bystanders in a compromised host, or do they accelerate the disease once the brain becomes dysfunctional? I think it’s plausible that they impact how quickly disease progresses once established, though we don’t know for certain.”

Et ce n’est pas tout, loin de là. On a par exemple découvert récemment qu’une partie des démences que l’on étiquetait comme de l’Alzheimer serait en fait d’un autre type nommé Limbic-predominant age-related TDP-43 encephalopathy ou LATE, en anglais. Cette pathologie cérébrale semble frapper les personnes âgées de plus de 80 ans. Selon les auteurs des travaux publiés dans la revue Brain le 30 avril dernier, l’analyse du cerveau de milliers de personnes décédées de ce groupe d’âge, a permis de montrer que pas moins d’une personne sur cinq présenterait des caractéristiques de cette forme de démence. Affectant des structures cérébrales spécifiques comme l’amygdale ou l’hippocampe, elle amènerait un déclin cognitif plus graduel que l’Alzheimer, à moins qu’elle ne soit combinée à celle-ci, une situation qui serait courante et causerait alors un déclin plus rapide.

Le LATE permettrait aussi d’expliquer pourquoi plusieurs personnes décédées à un âge avancé présentent des symptômes de démence sans avoir les marqueurs biologiques de l’Alzheimer. Ces cerveaux montraient plutôt une accumulation de la protéine TDP-43, une protéine qui aide normalement à réguler l’expression de gènes dans le cerveau et d’autres tissus. Or dans le cas de cette pathologie, cette protéine est mal repliée. Ces protéines dysfonctionnelles se retrouveraient alors en quantité suffisante dans le cerveau de ces gens âgés d’autour de 85 ans pour provoquer par exemple la sclérose de l’hippocampe et les troubles d’apprentissage et de mémoire associés semblables à ceux de l’Alzheimer.

Cherchant à terminer ce billet sur une note d’espoir, je me suis souvenu de cette étude préliminaire publiée en septembre 2014 dans la revue Aging et que j’avais résumée dans ce blogue. Elle suggérait que l’on pouvait regagner les pertes de mémoire associées à l’Alzheimer en appliquant un programme thérapeutique élaboré comprenant 36 points incluant des changements dans l’alimentation, de l’exercice, de la stimulation intellectuelle, etc. Autrement dit, toutes des activités qui, prises isolément, étaient déjà reconnues comme des facteurs de prévention de l’Alzheimer. C’est leur combinaison inédite, ici, qui semblait toutefois avoir des vertus curatives.

Le modèle de l’Alzheimer sur lequel travaille le Dr. Dale Bredesen et son équipe s’éloigne du scénario classique où ce serait les protéines bêta-amyloïde qui, en s’accumulant, deviendraient toxiques pour les neurones. Ils ont accumulé plusieurs indices qui les portent à croire que ce qui est derrière l’Alzheimer est un bris d’équilibre entre des mécanismes moléculaires favorisant les connexions neuronales et la mémoire, et d’autres favorisant son déclin et l’oubli d’informations non pertinentes. Or chez les gens normaux, la protéine bêta-amyloïde contribuerait à ces processus d’oubli. Dans le cas de l’Alzheimer, la bêta-amyloïde s’emballerait, l’équilibre serait rompu, et les pertes de mémoire prendraient le dessus.

Comme je l’écrivais à l’époque :

« Dans un tel système complexe de réactions biochimiques finement régulé, c’est beaucoup plus une approche systémique affectant de nombreuses molécules du réseau qui est susceptible d’avoir un effet, que le pari douteux qu’une seule molécule suffira à rééquilibrer le tout. C’est comme, explique le Dr. Bredesen, si vous aviez un toit qui fuit par 36 trous répartis un peu partout dans votre plafond. Vous pouvez tenter d’en boucher un complètement, mais les 35 autres vont continuer à fuir…

Voilà sans doute pourquoi, à l’instar d’autres traitements systémiques utilisés pour d’autres maladies chroniques, 9 des 10 personnes ayant accepté de suivre ce nouveau traitement ont montré des améliorations de leur mémoire de 3 à 6 mois après le début du traitement, améliorations qui durent toujours plus de deux ans après le début du traitement. »

Presque cinq ans plus tard, est-ce que ces résultats ont pu être reproduits sur une plus grande population ? Lors d’une entrevue accordée en 2018, Dale Bredesen affirmait ceci :

« Nous avons un essai sur 50 personnes dont la publication est prévue pour 2019. Ce qui est remarquable, c’est que les 50 patients ont tous vu leur état s’améliorer, quel que soit le stade de leur maladie. Nous travaillons aussi à une étude sur 2000 personnes actuellement. Nous avons formé plus de 1000 médecins appartenant à une dizaine de pays et qui utilisent le protocole ReCODE. Cinq d’entre eux, qui n’appartiennent donc pas à notre laboratoire, sont impliqués dans ce nouvel essai et obtiennent des résultats similaires. »

Tous les détails de ce protocole ReCODE se trouve dans le livre « La fin d’Alzheimer » de Dale Bredesen disponible en version française.

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Ouf, c’était pas un petit sujet ça… On va dire que c’était le sprint final avant l’été ! Car avec les deux longs week-ends fériés qui s’en viennent et marquent le début de l’été au Québec, je vais comme à mon habitude lever un peu la pédale en termes non seulement de complexité et de longueur des billets, mais aussi de leur fréquence, qui sera un peu moins régulière, question de mettre en pratique les bienfaits de la détente estivale dans la nature, toujours très bon pour le corps-cerveau, et donc pour contrer l’Alzheimer. Ce sera donc ma « prescription » pour les deux mois qui viennent. Des choses fort intéressantes se développant ensuite pour l’automne (je ne vous en dis pas plus pour l’instant ;-P ), « stay tuned », comme le veut la formule…

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