Chiens et chats, cerveau et sociabilité

L’évolution se faisant sur un temps tellement long à l’échelle de nos courtes vies, et grâce à des mécanismes tellement différents, qu’il est parfois difficile pour tout le monde, y compris pour les spécialistes, d’avoir des idées claires sans tomber dans les clichés. Et ces derniers ont parfois la vie dure. Parmi ces clichés, il y a celui de l’intelligence, ou plutôt, de la taille du cerveau. Ainsi, on a tendance à penser que tous les animaux ont subi la même transformation, à savoir une augmentation de la taille relative de leur cerveau, avec des variantes suivant les différents environnements.

Pourquoi? Simplement parce que les études se sont focalisés sur la façon dont chaque espèce a évolué de manière à déterminer l’influence de tel ou tel facteur, en supposant que tous les animaux suivaient le même schéma. Mais en allant contre cette hypothèse classique, des biologistes de l’université d’Oxford ont découvert qu’une donnée avait été largement ignorée. Dans PNAS, on apprend en effet que les différents animaux n’ont pas connu la même augmentation de la taille de leur encéphale. Cette étude se base sur l’analyse de la taille du cerveau chez les mammifères, sur plus de 500 espèces et sur une durée de 60 millions d’années. Et l’on se rend compte que certains groupes ont vu la masse de leur matière grise grandir plus rapidement que d’autres. Même certains animaux en contact avec l’homme semblent laissés pour compte, comme les chats.

Les grands gagnants de la loterie de la cervelle sont les singes, dont les capacités cérébrales ont explosé, devant les chevaux, dauphins, chameaux et chiens. Tous ces animaux ont en commun d’être très sociaux, de communiquer beaucoup et d’agir en groupe. En revanche, les animaux plus solitaires, comme les chats, les cerfs ou les rhinocéros, ont en revanche moins évolué. Les auteurs de l’article supposent que ces différences s’expliquent par cette sociabilisation : non seulement, elle introduit de la compétition entre les membres du groupe, mais elle demande aussi de plus grosses capacités pour s’adapter aux demandes de la communauté.

Finalement, l’indépendance du chat par rapport à l’homme, vue souvent comme une plus grande preuve d’intelligence, n’est pas forcément un avantage du point de vue du développement cognitif, puisqu’elle coupe le mignon félin d’opportunité de communiquer, tant que le chien, plus dépendant, mais aussi plus social, semble se tailler la part du lion sans que l’on s’en rende compte.

 

Dans le cerveau des psychopathes.

Les serial killers, généralement appelés tueurs psychopathes, sont devenus les monstres des temps modernes, conférant à l’horreur un visage humain: exit les Frankenstein, Dracula, Lolo Ferrari et autres monstres difformes, voici venu le temps (des rires sadiques et des chants de Maldoror) des Hannibal Lecter, Francis Heaulme ou de Guy Georges. Et en se rapprochant de l’humanité, on se rapproche de ce que la science peut véritablement étudier.

Et réciproquement...

Ainsi, Hollywood, entre autres, nous dépeint le serial killer comme un être extrêmement intelligent, froid et calculateur. Ce sont dans l’imaginire populaire des prédateurs, qui prennent ce qu’ils désirent sans se soucier des conséquences. La science s’était jusque là intéressée à ce qui pouvait leur manquer, comme la peur ou l’empathie (par exemple par des problèmes dans l’uncinate fasciculus, qui sert de lien entre amygdale et cortex orbito-frontal, dans cette étude). Mais dans une nouvelle étude parue dans Nature Neuroscience, un groupe de chercheurs de l’Université Vanderbilt à Nashville, aux USA, a découvert que les psychopathes avaient peut être quelque chose en moins, mais aussi quelque chose en plus.

Les chercheurs se sont focalisés sur les liens entre la réactivité du système de récompense de leur cerveau, alimenté par la dopamine, et le comportement psychopathe. Les volontaires pour l’étude doivent tout d’abord remplir un questionnaire psychologique, qui permettra de juger de leur éventuelle psychopathie. Deux tests physiologiques sont ensuite effectués.

Le premier de ces tests consiste à utiliser un tomographe à émission de positrons pour observer l’émission de dopamine dans le cerveau des sujets, à qui l’on a donné pour l’occasion du speed (des amphétamines). Et comme ils l’avaient supposé, les chercheurs ont pu observer que le cerveau des psychopathes, stimulés par la drogue, émettait quatre fois plus de dopamine qu’un cerveau moyen.

Dans le second test, les sujets doivent exécuter une tâche simple en échange d’une récompense, sous forme d’argent, tandis que les chercheurs scrutent leur cerveau au moyen d’un appareil d’IRM fonctionnel. Là encore, les taux de dopamine présents dans le noyau accumbens sont bien supérieurs à ceux des cerveaux normaux.

La conclusions de ces deux expériences est que le système de récompense chez un psychopathe est beaucoup plus réactif. Une interprétation  du comportement pourrait alors être qu’une fois l’objectif fixé, ce système devient tellement actif qu’il surpasse les garde-fous neurologiques de notre cerveau, comme l’empathie ou la peur: seule la récompense devient importante.

Une bouffée de plaisir.

Combattre le mal par le mal, ou l’accoutumance par la substance dont on est dépendant pour éviter un sevrage trop rapide, est une méthode fréquemment utilisée dans le cas d’addictions aux drogues diverses. Il en va de même pour la cigarette: de nombreux substituts existent, que ce soit sous forme de patch ou de gomme à mâcher. Si ces derniers ne nous rendent pas dépendants, comme le ferait la cigarette, ce pourrait être pour une raison déjà identifiée pour d’autres drogues, comme pour la cocaïne: l’addiction est dépendante du mode d’administration de la drogue. En clair, il vaut mieux une diffusion constante de nicotine que des pics rapides, comme en arrivent après chaque bouffée de cigarette.

En tous cas, c’est ce que l’on pensait jusqu’à l’article publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences par une équipe du Duke University Medical Center. Ceux-ci ont utilisé un tomographe par émission de position (TEP, le fameux PET scan qui rappellera quelque chose aux fans du médecin claudiquant)  pour étudier la cinétique d’accumulation de la nicotine dans le cerveau. Pour ce faire, ils ont fait fumer à des sujets dépendants et non dépendants à la nicotine des cigarettes contenant de la nicotine radio-active (rien de dangereux, la radio-activité est utilisée ici pour permettre l’imagerie), et ont observé la façon dont celle-ci s’accumulait dans le cerveau.

Et là où leurs observations viennent contredire ce que l’on supposait, c’est que la nicotine s’accumule plus lentement dans le cerveau des fumeurs dépendants que des autres, parce qu’elle reste plus longtemps dans les poumons du fumeur (il pourrait s’agir là d’un effet secondaire de la consommation de cigarettes sur le long terme).

Cependant, les fumeurs dépendants ont tendance à compenser ce rythme plus lent en inspirant des volumes de fumée plus grands, et les l’accumulation totale à chaque cigarette semble être à peu près identique entre fumeurs dépendants et non-dépendants. Le résultat de cette étude est typique d’une science qui avance à petits pas: si la cause de la dépendance à la cigarette reste mystérieuse, on peut écarter une explication, celle de taux d’accumulation dans le cerveau différent. On peut quand même grâce à cette étude connaître plus en détail le trajet et la quantité de nicotine arrivant dans le cerveau, ce qui permet de pondérer l’importance des différents récepteurs susceptibles de jouer un rôle dans l’addiction. La route est longue, on a le temps pour une pause-clope.

L’heure de la sieste.

Au cours du meeting annuel de l’American Association for the Advancement of Science, dont on a déjà parlé hier au sujet des liens entre vente d’alcool et violences, une autre session, sur un sujet totalement différent, attire l’attention: celle sur les liens entre sommeil et mémoire, tout au long de la vie.

Un peintre qui donne tout son sens à l'expression "dormir sur ses deux oreilles".

Si les liens entre sommeil et mémoire ont été étudiés en détails chez l’animal (on citera par exemple cette étude du docteur Adrien Peyrache sur la consolidation de la mémoire chez le rat pendant le sommeil), les effets sur les humains sont eux encore sujets à expérimentation. De ce symposium,  on retiendra deux études, laissant pour le moment de côté les adolescents (je ferai un article pour eux sur mon skyblog) et les personnes âgées.

La première concerne les bébés. Bien entendu, bébé et sommeil ne font pas bon ménage, surtout pour les parents. Mais une équipe de l’Université d’Arizona a étudié le rôle que jouait le sommeil dans l’apprentissage chez le nouveau-né. Et comme chez le rat, chez le nouveau-né le sommeil joue un rôle de consolidation.

Les chercheurs ont ainsi passé en boucle des enregistrement d’un langage inventé par l’occasion à une cinquantaine de bébés, avec des “phrases” telles que “pel-wadim-jic” (vous me direz, c’est pas plus incohérent que ce que prononcent certains parents à leur enfant). L’idée est que le premier “mot”, ici “pel”, appelle le troisième, “jic”. Les enfants étaient séparés en deux groupes, ceux qui faisaient une sieste entre la séance et celle d’après, et les autres. Si tous les enfants étaient capables de reconnaître les sons qu’on leur jouait à la séance d’après, ceux qui avaient dormi ont pu eux faire des prédictions à partir des premiers sons qu’ils entendaient, montrant ainsi que le sommeil renforce la capacité d’apprentissage de l’abstrait. Cette découverte permet d’affiner la façon dont on éduque les nourrissons, en tenant compte de leurs périodes de sommeil.

La seconde étude concerne les adultes, et la sieste. Une équipe de l’Université de Californie à Berkeley a présenté au cours de la conférence ses résultats sur l’effet d’une sieste sur les capacités intellectuelles. Cette équipe n’est pas nouvelle sur le sujet, puisqu’elle a déjà étudié les bienfaits d’une sieste sur les capacités perceptives ou comparé les effets d’une sieste et de la caféine sur les capacités motrices, verbales et perceptives.

Ici 39 jeunes adultes ont participé à des travaux d’apprentissages en même temps, séparés en deux groupes qui eurent des résultats comparables. Certains ont ensuite pu dormir avant une nouvelle série d’exercices en fin de journée, d’autres non.

Ceux qui ont bénéficié d’une sieste ont pu améliorer leurs performances, au contraire de ceux privés de sommeil, qui ont vu les leurs décroître. On se peut expliquer de la même façon que l’étude initiale sur les rats: l’information stockée pendant la journée dans l’hippocampe est transférée pendant le sommeil vers une autre partie de notre cerveau, le cortex préfrontal. Pour reprendre l’analogie de Matthew Walker, l’un des chercheurs de l’équipe, le premier agit comme une boîte aux lettres, si vous ne la videz pas, pour archiver votre courrier vers le second, les informations finissent par ne plus rentrer.

Là encore, encourager une sieste à la mi-journée (sous réserve de la même efficacité de la sieste digestive) pourrait être une bonne façon pour une entreprise d’accroître la productivité de ses employés.

Sur la piste des neurones de Dieu.

Sans rentrer ici dans les nombreuses guerres des siècles derniers, et de ceux à venir (les derniers relents de créationnisme, l’étude des cellules-souches…), dire que science et religion ont connu des frictions est une banalité. Mais chacun reste pour son alter ego une source de questions, et l’on ne brule plus les scientifiques comme une bonne vieille croix en Alabama. Les scientifiques, eux s’intéressent au sentiment religieux, par leur expérience personnelle ou d’un point de vue plus scientifique.

On peut se demander pourquoi toutes les civilisations vénèrent ou ont vénéré un dieu, ou plusieurs, alors que l’on pourrait s’en passer (il n’y a pas de jugement moral là dedans, mais une civilisation morale sans base religieuse est théoriquement possible). Darwin, dont le jour commémoratif est passé un peu inaperçu en France, voyait dans “la filiation de l’homme et la sélection liée au sexe” la religion comme une conséquence de l’imagination. Les archéologues semblent penser que la naissance du sentiment religieux semble contemporain de l’apparition de la capacité au symbolisme.

Les spécialistes du cerveau se sont également penchés sur la question. De nombreuses études, comme celle-ci, ont montré que, quelque soit la religion concernée, le sentiment religieux impliquait de nombreuses régions du cerveau. A l’Université d’Udine, le Pr. Urgesi et son équipe se sont intéressés au sentiment de transcendance, c’est à dire au fait de se considérer comme plus qu’un individu mais partie d’une création, de la nature…Les résultats publiés dans la revue Neuron pourraient donner une première piste sur le sentiment religieux.

88 patients atteints d’une tumeur au cerveau se sont donc vus remettre un questionnaire visant à quantifier leur transcendance, avec des questions sur l’éventualité d’être si concentré sur quelque chose qu’ils perdaient conscience du temps qui passe, ou sur leurs liens avec les autres et la nature.

Parmi ces patients, ceux qui ont obtenu le plus haut score sont ceux dont la partie postérieure du cerveau, et notamment les cortex temporal et pariétal, sont endommagés par la tumeur. Plus surprenant encore, le score grimpe encore lorsque ces patients ont subi une opération sur ces régions, alors que l’opération ne semble pas avoir d’effet notoire sur les patients atteints dans d’autres régions, comme le cortex préfrontal.

Une tentative d’explication: ces régions jouent un rôle dans la localisation dans l’espace et dans le positionnement de notre corps. Leur absence peut donc permettre une abstraction plus facile, et un certain flou dans la localisation du corps qui faciliterait le sentiment d’être plus qu’un individu aux frontières bien précises.  On savait par ailleurs déjà que ces zones du cerveau étaient actives pendant la prière.

Si cette étude montre quelques limites (notamment, justement, sur les habitudes religieuses des sujets), elle permet d’affiner notre compréhension du phénomène religieux. Notre cerveau s’est ainsi peut être adapté à sa propre faculté d’imagination, assignant des régions entières pour nous garder les pieds sur terre.

Skynet 0.1: des machines fonctionnant comme notre cerveau

Notre cerveau est une machine à calculer, à contrôler et à décider impressionnante, et fonctionne sur la base de briques élémentaires, les neurones, fonctionnant de concert, agissant et interagissant les uns sur les autres. L’architecture de nos ordinateurs actuels, à côté de ça, donne un peu l’impression de comparer le plan de Washington à celui d’une favela de Rio: bien plus organisé, mais paradoxalement, moins efficace pour certaines tâches.

Cela dit, l’informatique évolue, et une nouvelle étape pourrait bien avoir été franchie par un groupement d’équipes du CNRS et du CEA. L’équipe sous la direction du Pr. Vuillaumme  a en effet réussi à répliquer la plasticité des neurones en utilisant un transistor organique (NOMFET) allié à des nanoparticules d’or.Et c’est l’emploi de ces nanoparticules, recouvertes de pentacene et injectées dans le canal du transistor, qui permet d’obtenir un effet de mémoire. Une fois chargé ou déchargé (pour imiter des fonctions inhibitrices ou excitatrice), le transistor répond à un train d’onde de la même façon qu’un neurone.

Réponse du transistor à un train d'onde a) en mode inhibiteur b) en mode excitateur

A terme, l’utilisation de ces transistors ouvre la voie vers des architectures proches de celles de notre cerveau. Ces architectures, même si moins efficaces en terme de calcul pur (malgré le nombre impressionnant de “composants” dans notre cerveau, essayez un match de calcul avec une calculatrice de chez Leader Price), peuvent permettre de résoudre des problèmes complexes, comme la reconnaissance de formes (visuelles pas exemple). En attendant, nous n’avons que nos yeux pour regarder.