Memo Pentium inside

DIDIER Jean-PierrePr Jean-Pierre DIDIER
professeur des universités
praticien hospitalier honoraire
jean-pierre@hopital-territoires.eu

 

La mémoire « sentinelle de l’esprit »

La mémoire est l’une des fonctions les plus passionnantes assurée par notre cerveau. Indispensable à notre travail, à nos relations sociales, à notre vie affective, à notre bien-être et par extension notre bonne santé, elle peut être d’une précision et d’une capacité stupéfiante comme elle peut aussi devenir terriblement défaillante.

Les troubles de mémoire peuvent être irritants, lorsqu’un mot sur le bout de la langue ne veut pas sortir, ils peuvent être plus agaçants quand le trousseau de clefs devient introuvable, ils deviennent insupportables quand ils menacent l’indépendance.

L’augmentation de l’espérance de vie donne aux troubles de mémoire, liés au vieillissement physiologique, une importance grandissante dans l’altération de la qualité de vie ; mais surtout l’augmentation de l’incidence des démences et de pathologies dégénératives comme la maladie d’Alzheimer pose un problème majeur de santé publique notamment du fait des troubles de mémoire qu’elles suscitent. Cette évolution a justifié la création des centres mémoire de ressources et de recherche. Certes le dépistage précoce et l’analyse des troubles avec l’établissement d’un bilan diagnostic de plus en plus précis, apparaissent comme des avancées majeures. Toutefois les approches thérapeutiques restent limitées par défaut de connaissances concernant les mécanismes qui permettent l’encodage, le stockage et la récupération des informations mises en mémoire.

Avec l’invention du transistor, l’informatique a permis de construire sous un volume miniaturisé des mémoires aux capacités exceptionnelles, sinon infinies. Le nombre qui la mesure devient gigantesque, le gigaoctet devenant banal. Qui n’est pas émerveillé par les énormes capacités des petites puces qui nous accompagnent quotidiennement, cachées dans nos téléphones mobiles, nos ordinateurs, nos cartes de crédit, nos appareils électroménagers ou nos véhicules ?

Pourtant notre cerveau est capable de faire encore beaucoup mieux. En effet sa structuration en réseaux de neurones, reliés les uns aux autres par des synapses, permet de mettre à profit la propriété biologique de plasticité, en rendant ces réseaux évolutifs. En remarquant que leurs connexions et leur déconnexions peuvent s’établir avec des constantes de temps d’une fraction de seconde, selon le mode binaire ouvert/fermé du transistor, le calcul basé sur un nombre de synapses estimé à 1 million de milliards, fournit une capacité mémoire potentielle de notre cerveau de plusieurs centaines de milliards de millions d’octets !

Mais le cerveau n’est pas un ordinateur résultant de l’accumulation de transistors et l’essentiel de son efficacité réside plus dans la modulation de l’activité des synapses de ses réseaux de neurones que dans leur nombre. En renforçant ou en diminuant les modalités de connexion des neurones, cette modulation peut être à l’origine d’un phénomène particulièrement sophistiqué, dénommé « plasticité de la plasticité synaptique ».

Ainsi, comparé à l’ordinateur dont la capacité mémoire est imposée par sa construction incluant des puces de capacité plus ou moins conséquente, le cerveau permet de mieux faire, mais autrement. Avec un même capital mémoriel inside il peut en moduler la qualité afin de disposer de nombreux types de mémoire adaptés aux besoins et aux circonstances. On distingue le plus souvent une mémoire sensorielle ou automatique, une mémoire à court terme ou mémoire tampon, une mémoire à long terme capable de conserver soit les souvenirs des épisodes vécus (mémoire épisodique), soit les connaissances du monde, du sens des mots, des règles et des concepts (mémoire sémantique), ou encore la mémoire des habitudes ou autres apprentissages de procédures motrices (mémoire procédurale).Il est également possible de retenir une mémoire tertiaire concernant la consolidation des souvenirs très anciens. De plus toutes ces mémoires peuvent être remises à jour en fonction du vécu.

Malgré cette absence d’analogie entre le fonctionnement du cerveau et celui d’un ordinateur, il était tentant de manipuler le premier comme on bidouille le second.

Et si on bidouillait la mémoire ?

Dans ce contexte des résultats publiés au début de cette année par des chercheurs californiens dans la célèbre revue scientifique Nature apparaissent étonnants, sinon inquiétants.

En effet, ils ont démontré chez l’animal qu’il était possible de manipuler à volonté les souvenirs, en les supprimant ou en les restaurant. Comment une telle manipulation est-elle possible ?

Donald Hebb

Le principe est en théorie assez simple, il repose sur un postulat neurophysiologique énoncé dès 1949 par Donald Hebb qui proposait d’admettre qu’une adaptation de la force de connexion des synapses était possible en fonction des modalités de stimulation des neurones d’un même réseau. Ainsi quand, dans un réseau, un neurone envoie régulièrement un message vers un autre neurone, celui-ci devient de plus ou moins sensible à ce message, comme s’il en conservait la trace. Ainsi se développe une potentialisation à long terme où le neurone post-synaptique réagit à une seule stimulation du neurone pré-synaptique. A l’inverse, peut se développer une dépression à long terme avec fermeture synaptique. C’est sur ce postulat que repose la plasticité synaptique exprimée notamment par une régulation à court ou moyen terme de la libération, du recaptage ou de la destruction des neuro-transmetteurs.

Différentes méthodes de conditionnement avec association de chocs électriques à diverses stimulations optiques ou visuelles permettent de générer chez l’animal des « souvenirs » plus ou moins agréables, mais bien définis, sur lesquels les chercheurs ont pu travailler en constatant qu’il devenait possible de les manipuler à volonté.

En pratique, il devient même possible d’envisager l’implantation d’une puce électronique dans les parties du cerveau dédiées aux fonctions mémorielles, notamment la région de l’hippocampe, afin de modifier l’activité des réseaux de neurones.

Cette puce, conçue pour appliquer un programme conforme à l’activité électrique qui a présidé à l’élaboration d’un souvenir précis, permet « en pressant sur un bouton » de le supprimer ou au contraire de le faire réapparaître. Il serait même possible d’implanter un comportement appris par un autre animal, par une intervention s’apparentant à une transplantation de souvenir, conduisant un animal à se souvenir d’une image qu’il n’a jamais vue ou d’un comportement qu’il n’a jamais appris.

Une telle manipulation évoque le scénario du film de science-fiction Total Recall, dont la première version est sortie en 1990.

Les résultats de l’expérimentation publiée par les chercheurs californiens ayant été conduite chez l’animal, il est facile de relativiser l’importance de leurs travaux en arguant de capacités cérébrales bien éloignées de celles de l’Homme et en rendant peu pertinentes leur application à la clinique. Dans une même perspective il serait commode de ne pas attacher à ces travaux plus d’intérêt qu’à une vision issue d’une imagination fertile fantasmant sur une approche simpliste du fonctionnement cérébral. Pourtant plusieurs arguments imposent de prendre ces travaux très au sérieux ainsi que les conséquences qui peuvent en résulter.

« La mémoire, c’est des configurations et des branchements »

Cet aphorisme de Robert Hampson conforte l’idée que l’approche électronique du fonctionnement cérébral n’est pas si simpliste qu’il y paraît.

On peut admettre que le postulat de Hebb ne donne pas une réponse complètement adaptée au difficile problème de l’engramme, c’est-à-dire de la trace physique durable qui caractérise la mémoire à long terme. Que ce type de mémoire soit implicite, en supportant le « savoir que », ou explicite, supportant le « savoir comment », il est indispensable qu’interviennent des mécanismes faiseurs de traces c’est-à-dire de souvenirs.

Une des hypothèses proposées évoque l’existence d’un processus de plasticité cellulaire extra-synaptique, s’associant à la plasticité synaptique. Ce processus relèverait de la régulation de l’expression de certaines protéines donnant au souvenir une dimension moléculaire. Les mécanismes à la base de cette expression protéique ne sont pas définitivement élucidés mais l’induction de la synthèse de « protéines de l’oubli » ou de « protéines du souvenir » en réponse à des stimulations des neurones, y compris par les potentiels d’action qui leur parviennent, a pu être évoquée.

Laurent Venance

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Ces mêmes stimulations seraient capables dans une autre hypothèse d’induire des mécanismes de neurogenèse à partir de cellules souches complétant les effets de la plasticité extrasynaptique. Les travaux de Laurent Venance et Serge Laroche permettent d’apprécier la validité de ces hypothèses supportant une base cellulaire de la mémoire et de l’apprentissage.

Dans ces conditions, il est intéressant de situer ces avancées dans la perspective d’une exploitation thérapeutique.

Celle-ci a pu, a minima, conduire au développement de la stimulation électrique profonde pour traiter diverses pathologies, notamment la maladie de Parkinson. L’efficacité de cette approche dans des indications bien posées témoigne de la pertinence d’une application « électronique » ponctuelle au fonctionnement des noyaux gris centraux.

Avec une dimension autrement conséquente l’utilisation des concepts électronique et informatique dans une tentative de modélisation du cerveau est à la base de l’ambitieux Human Brain Project. Ce projet, choisi pour être l’un des deux projets phares européens, devrait associer tout un ensemble de disciplines tant mathématiques, informatiques, physiques, chimiques, biologiques, que médicales, sans oublier la dimension éthique. La dotation de plus d’un milliard d’euros et la perspective annoncée de fabriquer un cerveau virtuel à l’horizon de 2023 incitent à prendre encore plus au sérieux les résultats des travaux californiens de manipulation de la mémoire animale.

Dès lors la manipulation de la mémoire chez l’homme doit être considérée comme une perspective réaliste et non comme une simple source de scénario pour les amateurs de science-fiction. L’existence d’un projet de recherche sur ce sujet initié par la DARPA (Agence pour les projets de recherche avancée de défense du département de la Défense des Etats-Unis) donne du crédit à cette proposition, tout en suscitant une certaine inquiétude.

Quand le Pentagone se soucie de la mémoire des GIs

Philippe Merle, dans un article publié par Le Parisien en mai 2014 confirme une info donnée par Dana Dovey rapportant que la DARPA progresserait sur un projet visant à « restaurer » la mémoire des soldats blessés au combat, en envisageant dans le cadre d’un programme de quatre ans de créer un stimulateur avancé de la mémoire.

Justin_Sanchez_DARPA

L’article reprend les propos tenus par Justin Sanchez, responsable du programme de recherche, lors d’une conférence organisée par le Centre pour la santé du cerveau de l’Université du Texas : « Si vous avez été blessé au combat et que vous ne pouvez plus vous souvenir de votre famille, nous voulons pouvoir restaurer cette mémoire ».

Il est toujours possible d’avancer que ces propos auraient été tenus à des fins plus politiques que scientifiques, mais ils posent la question : quelle peut être la pertinence d’un tel projet ?

Au plan expérimental, des puces électroniques implantées notamment dans l’hippocampe ont été assimilées à des interrupteurs de mémoire : « Allumez l’interrupteur et les rats se souviennent. Éteignez-le et les rats oublient »

Chez l’Homme, en nuançant une perspective aussi mécaniste, il pourrait être envisageable d’aider par cette technologie, des structures cérébrales devenues défaillantes. L’accès aux bibliothèques de souvenirs pourrait redevenir possible à des personnes qui auraient conservé des engrammes, devenus inaccessibles du fait de la pathologie.

De même la restauration d’une certaine capacité d’encodage et de stockage de nouveaux souvenirs est concevable en cas de lésions focalisées sur certaines structures, impliquées dans certains processus de mémoire. Toutefois le recours à des sortes de mémo-prothèses universelles capables de restaurer toutes les capacités mémorielles antérieures est illusoire.

Dans le cas de la maladie d’Alzheimer, imaginer une puce électronique implantée à but préventif dans un cerveau vieillissant ou permettant de restituer les capacités précédant la survenue des troubles paraît irréaliste : irréaliste du fait de la diffusion du processus dégénératif mais aussi parce que la meilleure connaissance de la physiopathologie de cette affection pourrait bien permettre des avancées thérapeutiques exploitables, bien avant l’implantation d’une improbable puce memo inside dans un cerveau malade.

Quoi qu’il en soit, envisager que de telles puces puissent être élaborées dans le but de décupler les capacités d’un individu pour le rendre plus performant, sinon plus « combatif » à des fins militaires, apparaît impensable. Toutefois est-il si politiquement incorrect de se demander jusqu’où pourrait conduire un projet comme celui qui est soutenu par la DARPA ? Prudent, cet organisme a même invité le public à se tenir au courant de son déroulement.

Memo inside, ethics outside ?

Arthur Caplan

Posséder des moyens capables de modifier les fonctions mémorielles d’un individu poserait en effet des problèmes éthiques que l’on pressent insolubles, comme l’annonce lui-même Arthur Caplan, expert consultant en éthique de la DARPA : « Quand on bidouille avec le cerveau, on bidouille avec l’identité personnelle d’un être ».

L’implantation de puces « nettoyeuses de mémoire » ou sensées « mettre à jour les capacités mémoire », sinon de puces de « mémoire additionnelle » destinées à doper la capacité de la mémoire ou à donner à l’un la madeleine de Proust d’un autre, n’est peut-être pas d’actualité. Pourtant la seconde version de Total Recall de 2012 démontre que les cinéastes prolongent les idées de chercheurs devenant de plus en plus inquiétants dès lors qu’ils sont soutenus par une structure de défense d’un grand Etat. L’histoire est malheureusement porteuse de nombreux exemples où des progrès scientifiques ont été exploités à des fins militaires très discutables et aux conséquences pas toujours maîtrisables.

S’il en était besoin, une fois encore on constate que les progrès de la science imposent une grande sagesse pour respecter la vie, de la naissance à la mort, y compris en dépit des pressions venues de toutes parts. Alors que le pragmatisme et l’individualisme paraissent s’installer pour régner en maître, nous avons, plus que jamais, besoin de la présence, des compétences et de la reconnaissance de sages pour nous rappeler qu’arriver à ses fins ne justifie pas tous les moyens.

On ne peut qu’applaudir et soutenir les applications des progrès de la science à la médecine et à la santé, mais nous avons le devoir de les suivre de près en s’efforçant de ne pas les découvrir trop tard par défaut de vigilance.

Notre société se veut en effet transparente et tous les moyens sont bons pour décrire en détails tous ses faits et gestes. Or pour y voir clair, il ne suffit pas d’une vitre transparente, il faut comprendre ce qui se passe derrière, afin de réagir et de faire en conséquence. Nous avons davantage besoin d’explication que de constat. Nous devons pouvoir discuter avant de décider.

Or notre société française, endormie par le nombre, la complexité, la précision des informations, est comme paralysée devant l’action. Les projets visant à ce jour l’élaboration d’instruments imitant le cerveau ou en modifiant l’activité doivent à ce titre nous préoccuper beaucoup plus qu’ils ne le font. Plus que jamais nous avons besoin d’éthique, d’éthique et encore d’éthique……

Pour en savoir plus

Les mécanismes de la mémoire
Serge LAROCHE Pour la Science
acces.ens-lyon.fr/…/memoireapprentissage/LAROCHE-Pour_la_Science

La plasticité synaptique: base cellulaire de la mémoire et l’apprentissage ? Exposé de Laurent VENANCE
www.biologie.ens.fr/eceem/Berder_2010/documents/Venance.pdf

Progrès vers un implant du cerveau pour restaurer la mémoire
www.leparisien.fr › Flash actualité – Santé

Engineering a memory with LTD and LTP
Sadegh Nabavi, Rocky Fox, Christophe D. Proulx, John Y. Lin, Roger Y. Tsien & Roberto Malinow Nature (2014) doi:10.1038/nature13294

Memory loss due to injury may be restorable with new limitary technology but is it ethical?
Dana DOVEY
www.medicaldaily.com/memory-loss-due-injury-may-be-restorable-new-military-technology-it-ethical-280004

Human brain project
https://www.humanbrainproject.eu/…pdf/18e5747e-10af-4bec-9806- d03aead57655

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