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9 juin 2017 5 09 /06 /juin /2017 07:50

DOSSIER pour la SCIENCE 92

Intelligence : Notre cerveau a-t-il atteint ses limites ?

Un bestiaire de génies 

(Aurore AVARGUÈS-WEBER)

Avec 100 000 fois moins de neurones qu'un humain, les abeilles étonnent par leur facultés cognitives. Ces hyménoptères comptent, maîtrisent des concepts, raisonnent par catégories... et sont, dans certaines tâches, plus rapides que les grands singes.

Comme les fourmis et les termites elles sont un modèle pour qui étudie l'intelligence collective et les comportements complexes nés d'interactions d'agents ''inconscients'' de ce qu'ils font. L'abeille individuelle peut-elle manifester des comportements divers et complexes ?

Si dans la ruche son comportement est automatique, quand elle butine il en va autrement et des récentes recherches révèlent des capacités cognitives remarquable, surtout en regard du cerveau minuscule dont elle dispose. Elle se repère dans un rayon de 10 km et mémorise les renseignements pour retrouver les sources de nourritures découvertes.

Elles mémorisent les spécificités des fleurs contenant du nectar pour les reconnaître et les retrouver.

Une expérience fut conduite en lui apprenant qu'un carré bleu signifiait une récompense afin de déterminer si elle reconnaissait la forme ou la couleur. En 1914, von Frisch démontra qu'elle perçoit le monde en couleurs mais que son spectre visuel est décalé vers l'ultraviolet. Résultats s'expliquant par une coévolution des fleurs et de leurs pollinisateurs. Les premières présentent des motifs visibles uniquement dans cette longueur d'onde que les seconds perçoivent. Elles distinguent des images, savent reconnaître un paysage ou des photographies de visages.

L'humain catégorise ce qu'il voit pour réduire les informations à mémoriser. Traitement complexe qui semblait l'apanage des vertébrés tels les primates, les dauphins et les pigeons. Dans les années 1990 il apparut que les abeilles en étaient capables. Les catégories du type paysage ou plante, dites perceptives, sont basées sur des similarités visuelles et ne demandent pas un traitement cognitif élaboré. Ce qui n'est pas le cas des catégories fonctionnelles et conceptuelles. Les premières dépendent de la fonction de l'objet (nourriture...) sans tenir compte de leur apparences. Que les abeilles en disposent est à démontrer. Les secondes regroupent objets et événements liés par une relation autre, telle que ''avant'', ''au-dessus'', ''plus grand que'', ''identique''...

Abstraction et acquisition de concepts relationnels sont facilitées chez l'humain par le langage. Primates et dauphins ont besoin,eux, d'un long entraînement.

Diverses expériences ont été menées pour déterminer si les abeilles pouvaient maîtriser plusieurs concepts relationnels. En 2009 Hans Gross et ses collègues de l'université de Würzburg (Allemagne) ont montré qu'elles savaient compter jusqu'à 4 ! D'autres tests les virent fonder un choix sur une position relative, par ex : au-dessus de. Mieux, elles apprennent ces concepts plus vite que les primates et semblent les extraire ''naturellement'' des images perçues afin de les utiliser comme critère de classification.

Quelle utilité ont pour les abeilles ces concepts ? Une théorie, controversée, veut qu'elles créent une ''carte mentale'' de leur environnement. Localisant deux sources de nourritures par rapport à la ruche elles sont capables d'aller de l'une à l'autre directement. Reste la possibilité que l'utilisation de ces concepts soit dû aux entraînements, un effet des expériences.

 

Où se trouve dans le cerveau la zone traitant ces concepts ? Chez l'abeille ce serait une structure cérébrale recevant des informations de tous les systèmes sentoriels après traitement dans les aires spécialisées. Le corps pédonculé serait l'équivalent du cortex préfrontal, il est trés développée chez l'abeille et chez les autres hyménoptères (guêpes ou fourmis), les scarabées et les cafards, probablement à cause de l'importance de la vie sociale impliquant des interactions complexes permettant par la suite un traîtement cognitif élaboré des données visuelles.

Malheureusement ces expériences demandent d'intervenir sur l'animal, en ouvrant la cutilcule du crâne puis en injectant un colorant dans le cerveau. L'électrophysiologie est également utilisée pour mesurer l'activité de groupes de neurones en implantant des électrodes dans le cerveau des insectes. Reste à étudier des abeilles immobilisées en laboratoire. Des simulateurs de vol ou de marches donneraient l'impression d'un mouvement libre à l'abeille immobilisée.

Les abeilles montrent que la manipulation de concepts relationnels n'est pas l'apanage des vertébrés. Leur étude pourrait nous renseigner sur la complexité cérébrale minimale pour atteindre ces niveaux cognitifs. Résultats intéressant sûrement les concepteurs de robots miniatures !

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Publié par Lee Rony - dans J'ai lu Science
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1 juin 2017 4 01 /06 /juin /2017 07:43

01net N°845

Le Graal du transhumanisme est que la technologie tue la mort. Pourquoi pas en copiant l'esprit d'un individu à l'intérieur d'un ordinateur.

Raymond Kurzweil, directeur de l'ingénierie de Google, le ''pape'' du transhumanisme, en est sûr. Dans quelques décennies nous transférerons notre esprit dans un ordinateur et deviendrons immortel !

Il y a 40 ans, Gordon Moore, cofondateur d'Intel, inventa la ''loi de Moore'', suivant celle-ci, en 2065, les ordinateurs seront assez puissants pour simuler numériquement le fonctionnement cérébral humain. D'ici-là il faudra décoder, et traduire, toutes les informations neuronales à l'origine de nos capacités cognitives sous une forme informatique. C'est l'objectif du HBP (Human Brain Project), projet européen visant à simuler l'intégralité d'un cerveau humain dans moins de dix ans. Des chercheurs purent reproduire le fonctionnement d'un morceau de cortex de rat en utilisant le supercalculateur Blue Gene.

Cet ordinateur exécute 100 millions de milliards d'opérations par secondes, pour simuler un cerveau sapiens il faut une puissance mille fois supérieure, sans tenir compte des synapses, ce qui multiplie encore le chiffre. Autre limite, l'énergie nécessaire. Un ordinateur est incomparablement plus gourmand qu'un cerveau. Si celui-ci fonctionnait comme un ordi son fonctionnement annuel coûterait un milliard d'euros d'électricité.

La solution serait se trouver dans les puces neuromorphiques. Les transistors de ces puces sont câblés de façon à reproduire les connexions neuronales du cerveau. En mars 2016 IBM annonça la création d'un processeur neuromorphique de 5,4 milliards de transistors, simulant 16 millions de neurones reliés par 4 milliards de connexions pouvant être utilisé pour la reconnaissance visuelle. Il consomme l'énergie d'une simple tablette et pourrait annoncer les futurs supercalculateurs.

Martine Rothblatt, patronne d'United Therapeuthics, les clones mentaux – ou mindclones – est ''techniquement inévitable''. Elle prévoit un avenir où chacun posséderait une réplique numérique de son esprit créée à partir de l'intégralité de sa vie connectée ou d'entretiens vidéos et autres tests de personnalité.

Kurzweil le prévoit : en 2100 nos corps seront remplacés par des machines contrôlées par la réplique numérique de notre cerveau. ''Nous saurons, explique-t-il, créer des corps virtuels évoluant dans une réalité virtuelle réaliste''. Une vision dont doute la communauté scientifique. Kenneth Miller, neuroscientifique à Columbia estime qu'il faudra plusieurs milliers, ou millions, d'années, pour télécharger un esprit dans une machine [comme si nous avions une chance d'être encore là].

En revanche, un dirigeant de Huawei, Kevin Ho, évoquait un avenir proche où les enfants pourront discuter avec la copie numérique de leurs défunts grâce à des applis comme WeChat.

Même dans la mort le smartphone viendra nous em...

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29 mai 2017 1 29 /05 /mai /2017 08:00

01net N°845

RESTAURER LA MÉMOIRE (JMP)

À mesure que la science perce les secrets du cerveau elle imagine les technologies pour décupler ses facultés.

Dans Matrix il suffisait à Neo de connecter son cerveau à un ordinateur pour maîtriser les notions du Kung-fu. Le film approche des 20 ans mais des chercheurs de l'Agence pour les projets de recherche avancée de défense (Darpa) travaillent sur un dispositif semblable. Le projet RAM (restauration active de la mémoire) Replay du docteur Praveen Pilly vise à doper ses performances en stimulant l'apprentissage durant l'éveil et la consolidation de la mémoire pendant le sommeil. Des tests sur des volontaires n'ont pas commencé mais le docteur PP imagine la suite, la mise au point d'un casque à destination du grand public associé avec le fabricant ibérique de stimulateurs cérébraux Neurolectrics et l'étasunien Soterix Medical.

Pourtant là n'est pas la solution contre la maladie d'Alzheimer. Elle pourrait venir de l'université de Californie du Sud et du Wake Forest Baptist Medical Center en Caroline du Nord. Cette fois les électrodes ne seraient posées sur le crâne mais implantées directement dans le cerveau et destiné à dévier les informations sensorielles qu'il reçoit vers une région non endommagée de son hippocampe, le siège de la mémoire à long terme qui se détériore chez les malades d'Alzheimer. En imitant le fonctionnement des cellules du cerveau, le greffon high-tech inventé par les professeurs Theodore Berger et Dong Song font l'interprète entre le lobe frontal et l'hippocampe pour y injecter des souvenirs. Au-delà du traitement des maladies neurodégénératives c'est le moyen de booster la mémoire de tous. L'algorithme au cœur de la puce pilotant les microélectrodes oriente et traduit les signaux électriques circulant dans le cerveau pour que l'hippocampe les comprenne. Celui-ci pourrait nous aider à apprendre plus vite et à ne rien oublier.

Quand il sera finalisé, ce qui n'est pas pour tout de suite.

Sans aller si loin le remède contre Alzheimer pourrait se trouver à Toulouse, au Centre de recherches sur la cognition animale où l'équipe de Claire Rampon et Kevin Richetin a réussi à rendre la mémoire à des souris atteintes de cette pathologie en utilisant un virus modifié qui, injecté dans l'ADN de cellules souches de futurs neurones, les forces à se développer normalement.

Que donnerait ce traitement sur des souris saines ? ''Peut-être une amélioration des capacités cognitives que nous n'avons pas mesurée'' admet Claire Rampon.

 

GREFFER UN ORDINATEUR AU CERVEAU (FB)

 

Dans quelques décennies nos smartphones seront inutiles. Tout sera dans notre tête.

 

Jan Scheuermann est quadriplégique suite à une maladie génétique. Elle a pourtant réussi à faire voler, en simulateur, un F-35 par la pensée, du moins grâce à deux implants de la taille d'un petit pois nichés dans son cerveau.

Une expérience menée par la Darpa. Au lieu de penser à actionner le joystick comme les pilotes, elle a pensé à contrôler l'avion directement, expliquait Arati Prabhakar, la directrice de la Darpa.

Vers 2040-2050, l'hybridation entre cerveau et technologie devrait bouleverser notre mode de vie. Nous aurons des armées de nanorobots qui augmenteront nos capacité. Pour l'instant un message a été envoyé d'un cerveau à un autre par l'intermédiaire du web mais en utilisant un dispositif très lourd. Il n'en est pourtant qu'au début. Si l'on parvient à transcrire en langage informatique les actions des neurones on peut envisager de contrôler n'importe quelle machine par la pensée : ordinateur, véhicule ou une chaîne d'assemblage dans une usine. L'armée n'y voit que des avantages, moins d'hommes sur le terrain et un centre de commandement réduit à des pilotes de drones volants, terrestres ou sous-marins, affublés de système de pilotage par la pensée plus rapides et plus réactifs.

Pour vous et moi il s'agirait de lancer une machine à laver ou un robot-aspirateur en y pensant ou de se connecteur au Net pour obtenir une réponse instantanément.

Il faudra pour cela cohabiter avec l'intelligence artificielle faisant interface. Celle-ci est riche de promesses, et, pour certains de menaces [comme si la connerie naturelle n'était elle pas plus performante dans ce second domaine!]. La solution sera dans l'hybridation entre l'IA et nous. Certains n'y voient qu'un accroissement de notre logique ce à quoi l'intelligence humaine ne saurait se réduire. Nos peurs, imaginaires, dons artistiques et humour continueront de nous différencier des ordinateurs [ça reste à prouver], et des autres humains [ça aussi]. Des milliards de variables difficilement assimilables par des machines. [encore une fois l'auteur fait preuve d'anthropolatrie en considérant le modèle ''humain'' comme le meilleur].

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27 mai 2017 6 27 /05 /mai /2017 07:33

01net N°845 – (Fabrice Brochain, Jean-Philippe Pisanias, Jean-Marie Portal et Daniel Rosemont)

 

Dans un siècle cerveau et technologie seront intégrés et notre vie sera différente. Sera-t-elle meilleure ?

 

Le réveil du lundi est le plus difficile. Vous arrivez au travail avec la sensation d'avoir oublié quelque chose. Et cela vous revient brusquement : la réunion avait lieu à 8h30, il est 9h15. Bernard vous le fait remarquer ! C'est bien de lui ça.

Dommage de ne pas avoir une barrette de mémoire en plus.

Aujourd'hui c'est impossible, demain... Des scientifique de Californie du Sud cherchent à implanter des réseaux d'électrodes dans le cerveau pour apprendre plus vite et mieux mémoriser. Il sera possible de se brancher sur le Web, de piloter sa machine par la pensée. Chouette !

Mais comment utiliser un cerveau si performant dans un corps abimé par l'âge. La solution est simple, le laboratoire United Therapeutics y travaille : implanter un clone numérique du cerveau dans un corps artificiel, ou un ordinateur. Serait-ce encore vivre, ça...

 

Stimuler les cellules souches et régénérer les neurones c'est déjà possible (entretien avec Thierry Hoquet)

 

Aujourd'hui pour doper le cerveau nous utilisons repos, sucre et café, demain, porter un casque connecté pourrait être plus efficace, ou, mieux, implanter une puce dans la matière grise.

François Berger est neurocancérologue au CHU de Grenoble et Thierry Hoquet est philosophe, ils nous demandent d'y réfléchir à deux fois. [chose facile quand ce n'est encore qu'hypothétique]. Le premier est opposé au transhumanisme [comme il y a quelques siècles il était interdit de toucher aux cadavres], le second est spécialiste de Darwin et des cyborgs. Ils s'accordent sur un point [un dogme], un cerveau humain est toujours un trésor immémorial à préserver des utopies technologiques.

Hoquet doute de l'intérêt de s'assurer d'un bétail humain plus efficace et rentable, son partenaire veut poser un interdit, craignant les effets secondaires de manipulations pouvant aboutir à modifier la pensée humaine [pourquoi ne pas interdire alors idéologies politiques et théismes de tous ordres?].

Pas question pourtant de se reconnaître bioconservateurs. Berger évoque son travail sur une interface cerveau-machine pouvant donner une parole synthétique à un muet. Un implant profond vient de permettre à un handicapé d'activer ses bras. Pour Hoquet, la mémoire est un enjeu face aux maladies dégénératives. Un capital qui s'use quand on ne s'en sert pas. La nanoélectronique pourrait être la solution. Il sera possible, bientôt, de régénérer le cerveau en utilisant les cellules souches pour créer plus de neurones, ou, à l'inverse, en empêchant le développement de cellules tumorales.

Pourquoi infliger un implant à son cerveau ? Pour apprendre une langue, par exemple, il suffit d'utiliser une interface externe de traduction [en cours de mise au point]. Le philosophe le souligne en évoquant Gunnm et Ghost in the Shell, êtres qui n'ont de biologique que leur matière grise et de la moelle épinière. Le cerveau est une frontière [aujourd'hui], dans l'imaginaire il représente l'intouchable. FB affirme que les transhumanistes veulent fabriquer des humains hypermnésiques et immortels. Du charlatanisme hérité d'une vision obsolète du cerveau. Aucun signe d'humanité là-dedans. Notre capacité à inventer, aimer, pleurer est unique et résulte d'une complexité symbiotique inouïe [l'homo sapiens prend ses capacités pour des qualités].

Il existe aujourd'hui des appareils de SETD (stimulation électrique transcrânienne directe) proposant des exercices de neuroamélioration. Des promesses faites par des industriels qui veulent gagner de l'argent même si les perspectives de ces machines sont intéressantes par des exercices de neurofeedback. La plasticité cérébrale est magique. TH souligne la beauté de l'apprentissage, servitude rendant capable de choses inédites et admirables.

Les techniques utilisées pour traiter les cas de dépressions extrêmes pourrait ''traiter'' les déviants agressifs ou sexuels. La lobotomie fonctionnait dans des cas rarissimes de syndromes obsessionnels gravissimes. En dehors de ce cadre ses effets étaient dévastateurs [mais peut-être voulus].

TH le soutient, les humains se méfient des prothèses, voient d'un mauvais œil la chirurgie esthétique, dénoncent le dopage, condamnent les personnes ''trafiquées''. Ils préfèrent valoriser les ''bien nés''.

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24 mai 2017 3 24 /05 /mai /2017 07:47

01Net n°845 (Gabriel Simeon)

 

Mark Bertolini, patron étasunien d'un assureur, vient d'offrir à ses employés un bracelet connecté en les incitant à le porter la nuit pour les motiver à dormir le temps nécessaire à une meilleure efficacité le lendemain au travail.

Chaque semaine sort un objet connecté proposant d'analyser notre sommeil, de prodiguer les conseils nécessaires à son amélioration, ou capable de nous endormir mieux et plus vite.

Le sommeil est le reflet de notre santé résume Pierre-Hervé Luppi, chef de l'équipe Sleep au sein du Centre de recherche en neurosciences de Lyon. Or nombre de personnes ont des difficultés dans ce domaine.

Un tiers des Français souffrirait de troubles du sommeil, un problème motivant les marchands à chercher les technologies pouvant guérir ces mots. Certains proposent des bruits d'ambiance, d'autres analysent la qualité de nos nuits, évaluant durée et profondeur du sommeil. Deux critères important confirme Pierre-Hervé Luppi. Des applis prétendent distinguer nos stades de sommeil, mouvements, respiration et ronflements, le logiciel étudiant notre activité nocturne suggérerait des astuces pour l'améliorer ou saurait quel est le bon moment pour déclencher un réveil en douceur.

Certains veulent nous endormir en favorisant la production de mélatonine. D'aucuns en régulant la température du dormeur, d'autres avec la luminothérapie, produisant une lumière rouge quand le rayonnement bleu de nos écrans entrave la production de mélatonine.

Un bandeau permettrait de prolonger les phases de sommeil profond en diffusant des sons au cerveau. Une méthode dont rien ne montre l'efficacité. Distinguer les étapes du sommeil est difficile en laboratoire avec des électrodes, avec un bandeau c'est improbable.

De l'arnaque affirme Sylvie Royant-Parola, du marketing. La collaboration avec les scientifiques se fait lors de la conception du projets, ils ne sont plus intégrés à la suite des travaux, finalisation et tests. Aucune étude indépendante ne prouve que ces dispositifs influent sur notre sommeil. La seule utilité des instruments qui enregistrent les tendances du sommeil plusieurs nuits d'affilée est leur évolution.

 

Il existe sûrement des moyens d'améliorer le sommeil, en changeant d'habitudes ou d'alimentation, inutile de dépenser son argent en gadgets ! 

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29 mars 2017 3 29 /03 /mars /2017 07:07

Pour la science 463

Bogdan Dobrescu et Don Lincoln

La galaxie d'Andromède, notre voisine, tourne trop vite sur elle-même pour que les lois connues de la physiques maintiennent sa cohésion. Les étoiles de sa périphérie devraient être expulsées. Si la matière se résumait à celle que l'on voit, Andromède, et la plupart des galaxies spirales, ne devrait pas exister.

Les cosmologistes pensent que la ''matière noire'' entoure et imprègne Andromède, apportant le surplus gravitationnel qui en assure la cohésion. Cette matière représenterait plus de 80 % de la matière contenue dans l'Univers.

Les théories les plus simples la décrive composée d'un unique type de particules, à identifier, malgré les recherches aucune preuve directe de son existence n'a pu être apportée. Certains scientifiques imaginent donc plusieurs types de matière noire quand d'autres étudient les théories justifiant qu'elle n'existe pas et où les lois de la gravitations s'écarteraient de la mécanique newtoniennes.

L'existence de la matière noire reste privilégiée car elle explique la variétés d'observations astronomiques et cosmologiques : le mouvement des galaxies au sein des amas galactiques, la distribution de la matière à l'échelle de l'univers, la dynamique de la matière lors d'une collision de deux amas ou le phénomène de lentilles gravitationnelles. La matière noire paraît complexe et pourrait s'accompagner d'un type de forces inconnus agissant fortement sur la matière noire et peu, ou pas, sur l'ordinaire.

Si sa nature est inconnue certaines de ses propriétés sont déductibles par son influence sur la matière ordinaire. Les particules la composant sont probablement assez lourdes, être électriquement neutres. Elles sont insensibles à l'interaction forte mais pourrait interagir avec la matière ordinaire via l'interaction faible. Elle est stable aux échelles de temps cosmiques : elle ne se désintègre pas. Elle fut produite en totalité dans les premiers instants du Big Bang car aucun mécanisme permettant d'en produire n'a été découvert. Or une particule massive se désintègre plus ou moins vite en particules plus légères, si elle ne le fait pas c'est une grandeur associée à cette particule doit être ''conservée''.

La théorie la plus simple satisfaisant à ces conditions postule un type de particules, le wimp (weakly interacting massive particle).

Malgré des expériences de plus en plus précises, aucun signe concluant de l'existence des wimps n'a été détecté. Pour expliquer cette non-détection certains physiciens explorent des modèles moins classique. Dans ces modèles ces particules porteraient un nouveau type de ''charge sombre'' attractive ou répulsive en étant électriquement neutres, ces hypothétiques particules pourraient émettre des ''photons sombres''. Ces photons devraient être partagés moins fréquemment que dans la matière ordinaire.

Il est possible d'imaginer un univers ou existe une particule avec une charge sombre positive et son homologue de charge négative. Ce modèle suppose une forme d'électromagnétisme sombre conduisant les particules de matière noire à émettre et absorber des photons sombres. À quoi ressemblerait un univers de matière noire avec plus de particules dotées de charges sombres ?

La situation revient à postuler un proton et un électron sombres, même un photon sombre portant l'électromagnétisme sombre qui les lie. Ces particules pouvant se combiner pour créer des atomes sombres, des molécules sombres, et la chimie associée.

Ainsi la Galaxie aurait trois composantes : un nuage sphérique de wimps, 70%, et deux disques aplatis, 15% chacun.l'un en matière ordinaire, l'autre en matière noir. Ces disques seraient alignés, ou à peine inclinés l'un par rapport à l'autre. Une ''galaxie'' de matière noire coexisterait dans le même espace que la Voie lactée, elle serait dépourvue d'étoiles comme de grosses planètes sombres qui seraient détectables.

Les physiciens recherchent la matière noire complexe à l'aide de détecteurs souterrains avec peu d'espoir d'y parvenir, ils tentent également d'en créer dans les accélérateurs de particules.

Sans succès jusqu'à présent.

L'énigme est profonde. À grande échelle de nombreuses observations s'expliquent par la présence de matière noire. L'échec de sa détection directe souligne l'urgence d'en identifier la nature.

 

Tant qu'aucune solution au mystère de la composition du cosmos n'aura été apportée il convient d'être ouverts à la multitude d'explications possibles.

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24 mars 2017 5 24 /03 /mars /2017 08:52

Pour la Science 463

Minimum génétique

Sean Bailly

La nature est créative, la preuve, elle produit des génomes de toutes tailles. Celui du blé par exemple comporte 120 000 gènes, celui de l'homme seulement 20 000... Les généticiens se posent donc la question du nombre minimum de gènes pour produire une cellule viable pouvant se répliquer. Craig Venter et son équipe de La Jolla (Californie) ont réalisé une cellule avec 473 gènes. Une étape pour la biologie de synthèse, domaine ayant pour objectif de construire de nouveaux systèmes biologiques pour comprendre les mécanismes du vivant.

L'aventure a commencé en 1995 avec le séquençage du génome du Mycoplasma genitalium, bactérie vivant dans le conduit urinaire humain et n'ayant que 517 gènes. En 2010 une réplique du génome du Mycoplasma mycoides fut créé et substituée au matériel génétique d'une cellule d'une autre espèce de mycoplasme. Le résultat final est une cellule de synthèse JCVI-syn3.0 disposant de 473 gènes. Certains gènes ont été classé par l'étude de leur structure, leur rôle précis n'a pu être identifié, 79 gènes restent mystérieux. Au total, c'est un tiers du matériel génétique dont l'utilité est inconnue.

Comme le souligne Jack Szostak, biochimiste à Harvard ''le plus intéressant est que ce résultat montre ce que nous ne savons pas.'' Il reste tant à découvrir sur les fonctions indispensables à la vie. JCVI-syn3.0 servira à l'étude de fonctions précises que les biochimistes ajouteront une à une.

La biologie de synthèse vise à créer des fonctionnalités cellulaires sur mesure pour produire des composants destinés au secteur pharmaceutique ou chimique.

JCVI-SYN3.0 est-elle la cellule minimale ? Probablement pas, les recherches continuent.

 

Un GPS dans notre cerveau

May-Britt Moser et Edvard Moser

Le GPS a modifié notre capacité à conduire une voiture, piloter un avion et même à parcourir les rues d'une ville. Des travaux récents montrent que le cerveau des mammifères est doté d'un système de navigation nous guidant d'un endroit à un autre. Il évalue où nous sommes et allons en intégrant des signaux concernant notre position et le temps qui s'écoule. La capacité de savoir où nous sommes et devons aller est indispensable à notre survie. Il s'agit de profils d'activité électrique dans le cerveau, où des groupes de cellules s'activent pour refléter l'agencement du milieu et la position. On présume que la formation de ces cartes mentales a lieu principalement dans le cortex, cet ensemble de couches supérieures du cerveau formant des replis sinueux apparues tardivement dans l'évolution. De récents travaux ont montrés que ces systèmes sont constitués de divers types de cellules spécialisées calculant en permanence la position de l'animal, la distance parcourue, sa direction et sa vitesse.

Les premières recherches sur les cartes spatiales du cerveau commencèrent avec Edward Tolman, prof de psychologie à Berkeley de 1918 à 1954. auparavant nul n'envisageait que les animaux se fassent une image globale d'un labyrinthe pour en prévoir le meilleur chemin. Il observa des rats prenant des raccourcis, faisant des détours, semblant enregistrer des informations relatives aux événements vécus en des endroits précis.

Il fallut pourtant attendre 40 ans avant des études de l'activité neurale apportent une preuve de l'existence d'une telle carte. Les microélectrodes permirent d'enregistrer l'activité électrique de neurones individuels qui permirent d'identifier la décharge de neurones individuels pendant que les animaux vaquaient à leurs occupations. John O'Keefe, de l'University College de Londres, mit en évidence des neurones ''cellules de lieu''. Cette découverte ouvrit une fenêtre sur les parties les plus profondes du cortex sensoriel et du cortex moteur. La découverte dans l'hippocampe de cellules créant une carte de l'environnement immédiat d'un animal démenti l'idée que celui-ci était trop éloigné des organes sensoriels pour traiter ces informations. Il fut mis en évidence l'importance du cortex entorhinal, région servant d'interface entre l'hippocampe et le reste du cortex.

La compréhension du système neural de navigation reste un chantier ouvert d'autant que l'environnement d'un laboratoire diffère de la nature.

Dans la maladie d'Alzheimer le cortex entorhinal décline rapidement, la maladie provoque la mort de cellules cérébrales et la réduction de sa taille. De ce fait c'est un critère d'identification des sujets à risques, comme son effet, la désorientation. La maladie avançant des cellules de l'hippocampe meurent et avec elles la capacité à se souvenir d'expériences vécues ou des concepts tels que les noms des couleurs.

80 ans après les travaux de Tolman, il apparaît que les cellules de lieu ne sont qu'une des composantes de la représentation que le cerveau se fait de son environnement spatial pour calculer la position, la distance, la vitesse et la direction.

Il existe également des cellules de grilles fournissant également une représentation du temps écoulé et de la distance parcourue indépentandate des repère externes dont l'animal dispose. Si les invertébrés en disposent également cela impliquerait quel'évolution créa ce système de cartographie spatiale il y a des centaines de millions d'années.

À nouvelles découvertes, nouvelles questions, comme leur utilité pour les déplacements sur de longues distances, comme les migrations. Les générations futures de scientifiques ont de quoi s'occuper, si elles ne se perdent pas en route.

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Publié par Lee Rony - dans J'ai lu Science
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21 mars 2017 2 21 /03 /mars /2017 08:44

Science & Avenir 804 – Février 2014

SUPRACONDUCTIVITÉ

Franck Daninos

Les physiciens rêvent, comme tout le monde me direz-vous, mais eux c'est de faire un pas dans la maîtrise de la science. Par exemple, créer des supraconducteurs à température ambiante.

La clé se trouverait dans l'usage de métamatériaux, des composites structurés à l'échelle du nanomètre, qui n'existent pas à l'état naturel. Si rêve il y a c'est que les supraconducteurs conduisent l'électricité sans perte d'énergie. Ils créent des champs magnétiques très intenses utilisés dans les accélérateurs de particules, l'imagerie du cerveau, les trains à sustentation...

Le problème, encore non résolu, c'est que leur industrialisation demande la suppression de systèmes de refroidissement couteux et encombrants. Au dessus de -133°C ils ne fonctionnent pas. D'où l'intérêt des travaux d’Igor Smolyaninov et de Vera Smolyaninonva. L'enjeu est de conserver le phénomène induisant la supraconductivité : la formation de paires d'électrons. Celles-ci se superposant forment une seule onde quantique occupant tout le matériau qui dès lors ne présente aucune résistance à la propagation du courant.

Igor et Vera imaginent d'empiler des couches alternées de supraconducteurs et d'isolants. L'idée est testée en laboratoire à Towson (Maryland).

MAKURIE

Bernadette Arnaud

J'imagine que, comme moi, vous n'aviez jamais entendu parler de la Makurie, cet état fut pourtant un puissant royaume chrétien au nord du Soudan et au Sud de l'Égypte qui exista de 500 à 1400. christianisé dès le VIe siècle par des missionnaires envoyés par Justinien Ier et l'impératrice Théodora. Elle résista à l'avancée de l'islam avant de décliner quand l’Égypte fut dominée par les ayyoubides. La salle du trône de Dongala fut transformée en mosquée au XIIIe siècle.

Ce qui ramène cet état sur le devant de la scène est la découverte de trois cryptes funéraires vieilles d'au moins 900 ans contenant 17 momies par une mission archéologique polonaise en 1993 sises en annexe d'un monastère dédiée à la sainte Trinité, à l'extérieur de Dongala. L'une, contenant 7 corps, présente sur les murs des inscriptions magico-religieuse, associant des extraits des évangiles de Marc, Luc, Jean et Matthieu à des noms et signes hermétiques, des cryptogrammes et un carré de Sator. Rédigées en grec et en copte sahidique, transcrites à l'encre brune sur une mince couche de chaux sont probablement l’œuvre d'un seul auteur, Ioannou, dans la signature apparaît à trois reprises. Selon Wlodzimierz Godlewski, responsable des fouilles, ces inscriptions étaient destinées à protéger le tombeau et ses défunts, inhumés dans de simples linceuls de lin, des puissances du mal. L'identité de ces morts est inconnu mais ce groupe de 7 pourrait inclure le corps de l'archevêque Georgios, clerc principal de la cité royale, dont la mort en 1113 à 82 ans est commémorée sur une stèle exhumée à proximité.

 

JEÛNE et CANCER

Marie-Noëlle Delaby

L'idée fait son chemin que le jeûne affaiblirait les cellules malades tout en permettant de mieux supporter les traitements. Valter Longo, professeur à l'université de Californie du Sud, fondent ses travaux sur l'idée que le vieillissement serait ralenti par la restriction calorique. L'organisme mettant en place des mécanismes de défense face à la restriction, mieux, la protection induite par le jeûne aiderait l'organisme face à un traitement toxique mais vital. Des études démontrent que les cellules saines survivent à ce traitement alors que les tumeurs régressent.

Résultats positifs mais obtenus in vitro ou sur des animaux, ce qui ne permet pas une transposition chez l'homme. Les cellules tumorales du sein, du poumon, certains mélanomes, les gliomes et les neuroblastomes semblent réagir positivement au jeûne, pas les cancers des ovaires, prostate ou côlon.

Il convient d'attendre la publication de nouveaux résultats pour tirer des conclusions définitives.

En étudiant les mécanismes des manchots pour survivre face au froid polaire et à la disette, le physiologiste Yvon Le Maho s'est intéressé au jeûne. Ces animaux peuvent jeuner 120 jours pour couver, ensuite il repart vers la mer pour se nourrir. Il a alors perdu 80% de ses réserves lipidiques. Ce signal existe chez certains petits mammifères. Il prouverait que la capacité de jeûner est un caractère adaptatif ayant permis aux animaux de survivre en cas de famine.

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Publié par Lee Rony - dans J'ai lu Science
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14 mars 2017 2 14 /03 /mars /2017 08:57

Sciences et Avenir 804 – Février 2014

 

Qui n'est pas tenté pour se stimuler d'utiliser vitamines, compléments alimentaires et autres psychostimulants ? Pourtant nous disposons d'un moyen naturel, gratuit, efficace et agréable pour être en forme : le sommeil. Et pourtant un tiers des français reconnaissent dormir moins des 7 heures recommandées par la communauté médicale. Dormir n'est pas une perte de temps, au contraire, en réduire la durée peut bouleverser l'organisme jusqu'à modifier l'expression de certains groupes de gènes impliqués dans le métabolisme. En situation de restriction de sommeil la plupart des processus cognitifs se dégradent explique Arnaud Rabat, docteur en neuroscience à l'Irba. Si les processus automatisés ne sont pas affectés les performances des processus contrôlés, comme l'attention, la prise de décision ou la mémorisation chutent, ajoute Philippe Peigneux.

Le lien entre sommeil et fonctions cognitives a été évoqués dès 1924 par John Jenkins et Karl Dallenbach, psychologues à l'université Cornell, à Ithaca qui demandèrent à deux étudiants de mémoriser des listes de syllabes sans signification. Les résultats montrent qu'ils oubliaient moins les syllabes apprises après une période de sommeil qu'après une période équivalente d'éveil. Plus tard fut déterminée l'existence de différentes phases de sommeil qui n'étaient pas équivalentes pour consolider les aptitudes.

Le sommeil est une succession de 4 à 6 cycles de 90' en moyennes. Chaque cycle comprend 4 stades variant suivant que l'on se rapproche du lever. En début de nuit il s'agit de sommeil lent profond, en fin, le sommeil paradoxal est privilégié. Après que celui-ci eut paru le plus important il paraît maintenant que c'est le sommeil lent profond qui mérite ce titre et se révèle le plus important pour améliorer l'apprentissage. Celui-ci préférant un endormissement régulier.

Durant l'éveil, les neurones émettent des ondes courtes et rapides. Les informations reçus sont encodées temporairement par l'hippocampe grâce à un neuromédiateur, l'acétylcholine. Ils diffusent de l'adénosine qui leur donne l'énergie nécessaire. Cette molécule s'accumule sur les récepteurs des neurones la journée et provoque un ralentissement de leur activité et un besoin de dormir. La caféine se fixant sur les même récepteurs contre cet effet.

Lors de la phase de sommeil lent profond, l'adénosine est pompée par les neurones pour synthétiser de nouvelles réserves d'énergie. Le cerveau fait le plein et se régénère alors que le taux d'acétylcholine chute. Les neurones du néocortex émettent des ondes amples et lentes, le thalamus produit des ondes courtes et rapides. L’hippocampe alors déstocke les informations, les trie et les envoie vers le néocortex pour un encodage à long terme.

Il est possible d'inverser le processus, en reproduisant dans le cerveau les ondes du sommeil lent profond par stimulation transcranienne la mémoire est consolidée.

Autre méthode d'amélioration de la mémorisation : les odeurs et sons. Copier l'environnement de la phase d'apprentissage durant le sommeil lent profond aide la mémoire.

Le sommeil paradoxal est en revanche primordial pour la créativité. Ainsi que le disait Friedrich Kekule ''Apprenons à rêver !'' face à un problème, le sommeil aide la compréhension et la lucidité.

 

Combien de temps dormir ? À quelle heure se coucher ? Il n'existe aucune réponse générale. L'important est de connaître son chronotype quand on veut apprivoiser son sommeil. Notre horloge biologique est située dans les noyaux suprachamastiques de l'hypothalamus, au-dessus du chiasma optique, la partie du cerveau où les nerfs optiques se croisent. Il faut faire avec sa nature, une personne ''matinale'' ne sera jamais un oiseau de nuit, et inversement, pas plus qu'on ne choisit d'être petit ou gros dormeur. Le problème étant d'être décalé par rapport à son rythme, de vivre un ''jetlag social''.

Retenons aussi l'effet de la lumière, la lumière renfermant des ''cellules ganglionnaires à mélanopsine'' remplissant une fonction non visuelle. Plus celles-ci reçoivent une lumière intense, dans les bleus, comme les LED, plus elle retarde l'horloge biologique. L'idéal est une lumière plus orangée.

Coq ou Hibou, l'important est l'accord avec son chronotype.

Et la sieste ? 10 à 15', mais pas après 16h.

Si après avoir lu cet article vous avez sommeil, ne vous en faites pas, c'est normal.

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10 mars 2017 5 10 /03 /mars /2017 08:14

Science et Avenir 804 – Février 2014

 

Vous connaissez vos parents, vos grands-parents et pouvez remonter sur quelques générations, quelques siècles au mieux. Je suis donc heureux de vous présentez votre, et notre, ancêtre le plus ancien retrouvé.

Contrairement à l'idée commune, notre aïeul le plus éloigné n'était pas une éponge (j'en connais aujourd'hui) mais de la gelée, ce qui n'est pas plus reluisant, au contraire. Le génome du cténophore l'a trahi ! Joseph Ryan a analysé les gènes de Mnemiopsis leidyi, prédateur marin, transparent et gélatineux, puis reconstruit l'histoire évolutive des cinq lignées qui peuplaient les océans il y a plus de 600 millions d'années. Le cténophore appartient à une branche sœur de tous les autres organismes multicellulaire, dont les humains, et sa lignée serait la premier à avoir divergé à partir d'un ancêtre commun. Jusqu'alors les éponges semblaient plus primitive car ne possédant ni neurones ni cellules musculaires. Les éponges auraient pu les perdre au cours de l'évolution.

Notre ancêtre !

Vous pensez que vieillir augmente le risque de mortalité ? C'est vrai pour nous, pas pour certaines espèces comme la mésange charbonnières, la grenouille à pattes rouges ou la grande tortue du désert. Leur taux de mortalité diminue avec le temps et dépendrait moins de l'âge que de son environnement – prédation, maladie... dans un espace protégé certaines espèces peuvent vivre longtemps. Le record appartient à un cnidaire, l'hydre d'eau douce, potentiellement immortelle si aucun facteur extérieur, létal, n'intervient.

 

Le chien est notre ami le plus fiable, et j'en sais quelque chose, certains chercheurs pensent qu'il ne lui manque que la parole et voulant remédier à cet état de fait ont mis au point un casque pour le faire ''parler''. Non comme nous, il est trop intelligent pour dire autant de connerie ! Mais en analysant ses ondes cérébrales. Certaines seraient assez claires pour être verbalisées.

Ce casque, No More Woof ''plus d'aboiements'', conçu par la société suédoise NSIC pour l'instant ne capte correctement que le signal ''Je suis fatigué''. NSIC doit exploiter des travaux universitaires sur le centre de la faim dans l'hypothalamus et identifier les ondes cérébrales relatives à la curiosité de l'animal.

Comme s'il ne savait pas s'exprimer sans cela !

Vivement le casque qui ferait taire les cons !

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