Le cerveau, plein d'intentions

Une étude française vient de révéler où se cache l'intention de nos mouvements dans le cerveau…

Cela ressemble à s'y méprendre à un film de science-fiction. Tout a commencé par des vidéos tournées dans le bloc opératoire d'une unité de neurochirurgie des hospices civils de Lyon. Plan fixe sur la main du patient qui soudain gigote. « Avez-vous bougé ? », demande le chirurgien. « Non », répond hors champ le propriétaire de la main. Dans une autre scène, un patient affirme cette fois avoir remué la commissure des lèvres alors qu'il est resté parfaitement immobile…

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© A.Sirigu/ISC/CNRS

Le cortex prémoteur et le cortex pariétal de patients ont été stimulés indépendamment lors d'interventions chirurgicales. Résultat : les intentions du mouvement sont situées dans le cortex pariétal, tandis que son exécution se trouve dans le cortex prémoteur.

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Pour mener ces observations étonnantes, l'équipe du Centre de neuroscience cognitive¹ dirigée par Angela Sirigu s'est invitée dans le bloc du professeur Carmine Mottolese lors d'interventions chirurgicales sur des patients volontaires et éveillés, atteints de tumeurs cérébrales. Des électrodes ont été placées directement sur certaines zones du cortex afin de vérifier l'activité cérébrale et de s'assurer que les fonctions importantes, comme la parole ou le mouvement, n'étaient pas touchées lors de l'extraction des tissus endommagés. Il ne restait plus ensuite à Angela Sirigu et à ses collaborateurs, Michel Desmurget et Karen Reilly, qu'à poser en direct leurs questions aux patients, sur les effets des stimuli électriques appliqués pendant la durée de l'opération.
Et leur conclusion, exposée dans un article paru dans Science², est déconcertante : intention de mouvement et conscience de sa réalisation sont bien des entités distinctes dans le cerveau. En clair, « ce n'est pas parce qu'on bouge qu'on a conscience du mouvement, mais bien parce qu'on a, à l'origine, une intention préalable de bouger, analyse Angela Sirigu. Nos intentions du mouvement sont situées dans la partie postérieure du cerveau, dans le cortex pariétal, alors que son exécution se trouve dans le cortex prémoteur, à l'avant du cerveau. Quand elles ne sont pas lésées, ces deux régions travaillent main dans la main. Mais quand on les stimule indépendamment l'une de l'autre, on parvient à décomposer en quelque sorte le circuit cérébral qui conduit de l'intention du mouvement à sa réalisation. Chacune restant inconsciente de l'autre ». Par exemple, alors que l'équipe stimulait le cortex pariétal droit d'un patient, celui-ci a affirmé qu'il voulait bouger sa main gauche (les deux mains sont représentées de façon croisée dans le cerveau). Et en augmentant l'intensité de la stimulation, le patient a même eu l'impression de l'avoir bougée. Pourtant, les chercheurs avaient noté sa totale impassibilité musculaire. Idem pour un autre patient atteint d'une tumeur dans une région voisine du cortex pariétal gauche, importante pour le langage. Une fois stimulé, il a eu la nette sensation d'avoir bougé la bouche ou d'avoir passé sa langue sur ses lèvres. En augmentant la stimulation, il a demandé aux chercheurs s'il avait parlé et ce qu'il avait dit. En réalité, il n'avait pas proféré un son. À l'inverse, la stimulation du cortex prémoteur voisin engendre des mouvements inconscients. Les personnes opérées bougent leur jambe ou leur main sans le savoir.
Pourra-t-on permettre aux handicapés d'effectuer quelques mouvements ? C'est un pas qu'Angela Sirigu, prudemment, ne franchit pas pour l'instant. Bien sûr, il y a d'autres articles en préparation. L'équipe doit prochainement vérifier certains aspects de ces réponses telles que leurs latences respectives, c'est-à-dire le temps qui s'écoule entre l'instant où on applique le stimulus et le moment où apparaît cette réponse. Car parfois, le cerveau décide d'un mouvement avant même d'en informer son possesseur. Laissant le monde de la recherche perplexe : d'où viennent alors nos intentions ? Sommes-nous régis par nos neurones ou bien avons-nous encore notre libre arbitre ? La théorie de la chercheuse est qu'il y aurait plusieurs systèmes intentionnels dans le cerveau. Et que l'intention de mouvement ne serait que l'un d'entre eux…

Du cerveau à la pointe du crayon

Une petite aire du cerveau indispensable à l’écriture a enfin identifiée avec précision.

Pour que le langage devienne écriture, le cerveau doit transformer une information abstraite en code moteur.

Grâce aux moyens récents d’exploration cérébrale offerts par l’imagerie et par la neurochirurgie, des chercheurs français ont pu définir les contours d’une petite aire du cerveau indispensable pour coucher sur le papier nos mots et nos phrases. «C’est l’interface indispensable entre un code abstrait –le langage- et un code concret qui va entraîner la contraction de certains muscles» explique Jean-François Démonet, directeur de recherche à l’Inserm (1).

Cette transformation de l’information est au cœur de l’écriture, une compétence inventée par l’Homme au cours de son histoire, contrairement au langage oral. Malgré l’importance de l’écriture, les neurosciences ont moins exploré ce domaine que celui de la lecture, souligne Jean-François Démonet. «Quand j’étais étudiant on nous parlait de "l’aire de l'agraphie d’Exner", un contemporain de Freud qui avait décrit une zone du cerveau spécialisée dans la production de l’écrit, mais les contours de cette zone étaient flous».

Pour identifier plus précisément cette aire impliquée dans la graphie, l’équipe de Démonet, basée au Centre universitaire hospitalier de Toulouse, a travaillé avec le neurochirurgien Franck-Emmanuel Roux. Celui-ci réveille ses patients lors d’ablation de tumeurs cérébrales bénignes afin d’éviter de toucher les zones du langage. Au cours de l’intervention, le chirurgien inactive des zones très précises du cortex à l‘aide d’une électrode pour vérifier leur implication dans le langage.

Après accord des patients, les chercheurs ont utilisé cette procédure pour tester non pas seulement l’oral mais aussi l’écrit. Ils ont ainsi pu observer qu’en inhibant une aire bien précise, de quelques millimètres carrés, les patients se trouvaient incapables de tracer une lettre alors qu’ils pouvaient bouger leur main.

En parallèle l’équipe de Toulouse a réalisé des tests sous imagerie fonctionnelle (IRMf) avec 12 droitiers et 12 gauchers. «Les données des deux méthodes concordent», explique Jean-François Démonet. Elles permettent donc de cerner les contours de cette petite région du cortex frontal (cerclée de blanc sur l'image), cruciale pour la transformation de l’information orthographique abstraite en information graphique concrète.(2)

Image J-F Démonet/ Inserm

Chez les personnes qui écrivent de la main droite, cette aire est située dans l’hémisphère gauche, comme la zone du langage et celle qui contrôle les mouvements de la main qui écrit (l’hémisphère droit contrôle la partie gauche du corps et inversement). Chez les gauchers, pour lesquels ces deux zones ne sont pas forcément du même côté, l’aire ‘graphique’ se balade, précise le Pr Démonet.

Ces travaux fournissent aux chercheurs du laboratoire de Toulouse, spécialistes de la dyslexie du développement (celle qui affecte les écoliers), un nouveau terrain d’exploration. Les premières données sur des adultes dyslexiques montrent que l’activité de cette aire est plus réduite et que chez eux d’autres zones participent à la transcription de l’information abstraite, explique Jean-François Démonet. Avec ses collègues il projette aussi d’explorer l’impact de l’utilisation des claviers sur l’activité de notre cerveau, à commencer par les mini-claviers des appareils qui envahissent la vie quotidienne.

Les comètes porteuses de vie?

Un acide aminé, ingrédient des protéines, aurait été découvert dans les poussières d'une comète.

(Nasa/JPL)

Un élément essentiel de la vie terrestre, composant de base des protéines, aurait été découvert dans une comète pour la première fois. Ce sont les échantillons de poussières cométaires délivrés par la sonde américaine Stardust qui ont permis cette découverte annoncée par l’agence spatiale américaine.

Stardust est passée dans la queue de la comète Wild-2 en janvier 2004. Des panneaux contenant un matériau spécialement conçu pour la mission, baptisé aérogel, devaient piéger les poussières dégagées par le noyau glacé de la comète. En janvier 2006 Stardust a parachuté sur Terre une capsule contenant les précieux échantillons.

Jamie Elsila et ses collègues de la Nasa (Goddard Space Flight Center) affirment désormais avoir identifié un acide aminé dans ces échantillons*. Il s’agit de la glycine, la plus simple de ces molécules qui sont les ingrédients de base des protéines et donc des éléments essentiels à l’apparition de la vie sur Terre.

Des acides aminés ont déjà été découverts dans des météorites. En 2003 des chercheurs ont annoncé avoir identifié la glycine dans le milieu interstellaire mais les résultats ont été très débattus. L’année dernière une équipe de l’Institut Max Planck de radioastronomie (Bonn, Allemagne) a annoncé la découverte d’un précurseur de la glycine dans l’un des plus grands nuages de gaz et de poussières de notre galaxie.

La présence d’acides aminés dans une comète n’était donc pas une surprise. Cependant prouver que la glycine est bien d’origine extraterrestre est difficile. Les chercheurs ont donc étudié les isotopes du carbone contenu dans l’acide aminé, sachant qu’une origine extraterrestre supposait la présence du carbone 13 plutôt que du carbone 12.

La présence d’un acide aminé dans une comète confirme l’hypothèse d’un apport extérieur –extraterrestre- de certains ingrédients nécessaire à la vie. Ces travaux illustrent par ailleurs les difficultés rencontrées par les chercheurs pour étudier les échantillons d’une mission comme Stardust. Réparties entre plusieurs laboratoires dans le monde –dont un en France au Muséum d’histoire naturelle de Paris- les poussières cométaires ne pèsent que quelques millionièmes de grammes. De plus, l’aérogel à base de silice aurait contaminé les échantillons.

Pour parvenir aux résultats aujourd’hui annoncés, Elsila et ses collègues ont mis deux ans à peaufiner de nouvelles techniques d’analyses très précises afin d’étudier les feuilles d’aluminium entourant l’aérogel. En effet, lorsque des molécules de gaz traversent ces feuilles, certaines restent coincées. Au final, les échantillons de glycine pesaient 100 milliardièmes de gramme…

GÉNÉTIQUE Leucémie: certains enfants héritent d’un terrain à risque

Des chercheurs ont identifié des variations génétiques héréditaires associées aux leucémies les plus fréquentes chez l’enfant. Cela devrait aider à mieux comprendre les mécanismes de la maladie.

Deux études s’appuyant sur de larges analyses génomiques montrent que des variations génétiques héréditaires situées sur deux gènes augmentent le risque de leucémie chez l’enfant. Ces résultats, publiés en ligne le 16 août par la revue Nature Genetics, devraient permettre avant tout de mieux comprendre la maladie et d’améliorer son traitement.

La leucémie aiguë lymphoblastique (LAL) est la forme la plus commune de leucémie chez les enfants. Près de 8.000 enfants sont touchés chaque année aux Etats-Unis et en Europe par cette maladie.

L’équipe de Mary Relling (Hôpital pédiatrique St Jude, Memphis, EU) et celle de Richard Houlston (Institut de recherche sur le cancer, GB), ont mis en évidence que des altérations des gènes ARID5B et IKZF1 sont liées à un risque accru de LAL chez l’enfant (un risque qui reste faible). Il s’agit de petites variations appelées SNP (polymorphisme d’un nucléotide simple), très communes sur notre génome. Alors que les mutations correspondent à des versions très altérées d’une séquence génétique, les SNP ne concernent qu’une seule ‘lettre’ dans l’écriture de la séquence.

Les variations identifiées par les deux équipes seraient impliquées dans 37% des LAL chez l’enfant. Même s‘ils montrent que les gènes hérités des parents jouent un rôle dans le développement de la leucémie, ces résultats ne sont pas en l’état destinés à établir un test prédictif.

De nombreux facteurs sont en cause dans le déclenchement de la leucémie aiguë lymphoblastique et les variations génétiques ne suffisent pas à l’expliquer, rappellent les chercheurs. Cependant, en pointant des gènes (et donc des acteurs) impliqués dans la maladie, la découverte de ces variations génétiques héréditaires ouvre de nouvelles pistes de recherche sur les mécanismes de la LAL et sur la réponse des patients aux traitements, précisent Mary Relling et ses collègues de (E-U).

Les deux gènes concernés jouent un rôle important dans le développement des globules blancs. Les scientifiques doivent encore découvrir les fonctions des variations génétiques identifiées et déterminer leur impact sur le risque de cancer. Les variations du gène ARID5B pourraient par ailleurs modifier la façon dont un patient réagit à la chimiothérapie, selon Mary Relling

Dans les pays riches, la prise en charge des LAL a beaucoup progressé ces 40 dernières années et le taux de survie d’un enfant de moins de 15 ans est aujourd’hui de 75 à 80%.

NEUROLOGIE : Décrypter le cerveau

Les sons et les images se partagent un code neural similaire à l'intérieur du cerveau humain, selon une nouvelle étude.

Image du cerveau traitée par IRM

(c) AFP

Dans l'édition en ligne de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), des chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Institut neurologique de Montréal expliquent comment le même code neural, dans le cerveau, permet de distinguer différents types de sons, comme la parole et la musique, et différentes images.

Des participants ont été recrutés et soumis à une imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMF), une forme de cartographie du cerveau non invasive utilisée pour déterminer comment le cerveau reconnaît différentes caractéristiques des instruments de musique, des mots d'une conversation et des sons ambiants. Les sujets ont subi des examens IRMF complets pendant trois heures dans le but de fournir des renseignements précis sur la façon dont le cerveau réagit à différents sons.
« Il s'avère que le cerveau utilise la même stratégie pour coder les sons et les différentes images, a expliqué l'auteur principal, Marc Schönwiesner, professeur de psychologie à l'Université de Montréal. Il est ainsi plus facile pour une personne de combiner les sons et les images qui relèvent d'un même objet, par exemple lorsqu'il dribble un ballon de basket. »

La prochaine étape consiste à déterminer comment le cerveau établit la différence entre la batterie d'une pièce rock et les cordes d'une symphonie ou entre une conversation en français et une autre en anglais. « Notre objectif est de trouver la façon exacte dont le cerveau décortique ces différents types de son. Cette étape nous permettra peut-être un jour de reconstruire une chanson qu'une personne a entendu en fonction de son activité cérébrale », souligne M. Schönwiesner, qui est aussi membre du Laboratoire international de recherche sur le cerveau, la musique et le son (BRAMS), un groupe de recherche conjoint de l'Université de Montréal et de l'Université McGill sur la musique et le cerveau.

Alors que les chercheurs progresseront dans le décodage de la structure d'activation du cerveau, a poursuivi M. Schönwiesner, des applications étonnantes pourront être envisagées. « Si les chercheurs peuvent reconstruire une chanson qu'une personne a entendue à partir de la lecture d'une IRMF, nous ne sommes pas loin de pouvoir enregistrer l'activité cérébrale pendant le sommeil et de reconstruire les rêves, dit-il. Ce serait vraiment formidable, même si cette éventualité demandera encore des dizaines d'années de recherche. »

Des progrès contre la sclérose en plaques

Un nouveau traitement, encore en phase d’essai, contre la sclérose en plaques a donné des résultats très encourageants lors de tests sur des souris.

La SEP, sclérose en plaques, est une maladie auto-immune d’origine multifactorielle dans laquelle le système immunitaire s’attaque à la gaine de myéline qui protège les nerfs. Ce qui provoque une série de troubles qui peuvent s’avérer parfois très invalidants : marche difficile, atteintes oculaires, fatigue importante, désordre psychique, paralysie faciale…

Des chercheurs de l’Université Mac Gill au Québec sont en train de tester une nouvelle technique permettant de supprimer la réaction immunitaire et qui s’est avéré particulièrement efficace, sur des modèles murins de la maladie. Elle pourrait également être utilisée dans d’autres pathologies auto-immunes comme la maladie de Crohn, le lupus ou l’arthrite.

LA méthode employée par les chercheurs canadiens repose sur une nouvelle molécule, le GIFT 15 qui se compose de deux protéines, la GSM-CSF et l'interleukine 15, fusionnées artificiellement en laboratoire. En temps normal, les protéines individuelles agissent généralement pour stimuler le système immunitaire, mais sous leur forme fusionnée, l'équation s'inverse. « Le GIFT 15 est une nouvelle hormone protéique composée de deux protéines distinctes qui, lorsqu'on les réunit, donne un effet biologique tout à fait inattendu », explique le Dr Jacques Galipeau de l'Institut Lady Davis et de la Faculté de médecine de McGill.

Le GIFT 15 transforme les cellules B (une forme de lymphocytes B qui interviennent normalement dans la réaction immunitaire) en puissantes cellules immunosuppressives. À la différence de leurs cousins mieux connus, les lymphocytes T, les lymphocytes B naturellement immunosuppressifs sont presque inconnus dans la nature et l'idée de les utiliser pour contrôler l'immunité est très nouvelle.

« Et cela se fait dans une boîte de Pétri. Nous avons pris des cellules B normales de souris, nous les avons saupoudrées de GIFT 15 [...] Et après les avoir administrées par voie intraveineuse aux souris atteintes de sclérose en plaques, la maladie a disparu. » Une condition du succès : la SEP doit être traitée durant les premiers stades de la maladie. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Medicine.

Les chercheurs continuent à l’heure actuelle leurs travaux sur le GIFT 15, ils sont en quête de financement pour conduire de nouveaux tests sur des cellules humaines cette fois.

Les spermatozoïdes ont un ange gardien

Les spermatozoïdes se forment dans les testicules et, au sortir de ses derniers, maturent au sein de l’épididyme, où ils acquièrent leurs capacités fécondantes. Durant ces étapes de maturation, les fragiles spermatozoïdes sont sujets au stress oxydant, provocant des dommages des lipides membranaires jusqu’à l’ADN. Pour se prévenir de ces atteintes oxydatives pendant leur maturation et leur stockage entre deux éjaculations, les gamètes sont protégés en partie par « GPx5 »¹, une enzyme antioxydante sécrétée par l’épithélium épididymaire.

Sans la protéine, un ADN fragmenté

L’étude réalisée par Joël Drevet et son équipe² montre que des souris mâles dépourvues de cette protéine ont des spermatozoïdes morphologiquement normaux et totalement aptes à féconder un ovule. Cependant quand on croise des femelles sauvages avec ces mêmes mâles déficients en « GPx5 », des taux anormalement élevés de défauts de développement, une augmentation du nombre d’avortement et de la mortalité péri-natale sont constatés. Quelle en est la cause ? Des analyses plus approfondies des spermatozoïdes des animaux dépourvus de « GPx5 » révèlent des atteintes oxydatives de l’ADN spermatique : l’ADN est décompacté et a tendance à se fragmenter.

Des applications médicales envisagées

John Aitken de l’Université de Newcastle (Australie) précise que ces résultats ont un impact clinique important dans le contexte de la fertilité de l’homme vieillissant et dans les technologies de la PMA.
Si ces données sont confirmées chez l’homme, plusieurs applications pourraient être envisagées en vue du diagnostic et de la correction des infertilités post-testiculaires. Dans le domaine de la procréation médicalement assistée, ces résultats permettraient de protéger les semences³ lors de la décongélation avant insémination artificielle, et, plus généralement de mieux prendre en compte l’état de fragmentation de l’ADN spermatique dans les technologies de la PMA.

(1) « GPx5 » est de la famille des glutathion peroxydases.
(2) Unité "génétique, reproduction et développement, UMR CNRS 6247 / Unité Inserm931, Université de Clermont-Ferrand 1 et 2.
(3) Lors du réchauffement des semences congelées, les spermatozoïdes subissent de fortes atteintes oxydatives.