samedi 20 mai 2017

LES SCIENTIFIQUES SOUS LES TROPIQUES

 
A l’origine, rien ne prédestinait Daniel Carleton Gadjusek, étudiant en médecine boursier, fils d’immigrés hongrois installés dans l’état de New-York, à obtenir le prix Nobel pour des recherches qui allaient révolutionner la biologie et la médecine.

Et pourtant. Le jeune homme est très intelligent, et talentueux, si bien qu’il intègre la prestigieuse université de Harvard à 23 ans. Il y commence notamment des recherches sur les maladies infectieuses.

Quelques années plus tard, service militaire oblige, il est envoyé en Iran, où il continue ses recherches à l’Institut Pasteur de Téhéran. C’est là qu’il prendra goût aux voyages et aux recherches sur le terrain.

En 1954, une bourse lui permet d’émigrer en Australie où il souhaite étudier les maladies infectieuses des peuples autochtones. Dès sa descente d’avion, une rencontre va changer le cours de son existence : il croise par hasard un jeune médecin, Vincent Zigas, qui lui parle d’une mystérieuse maladie qui touche une tribu de Nouvelle-Guinée, les Fores.

Il vient de passer plusieurs mois au contact de ce peuple, vivant complètement reclus, sans aucun contact avec le reste du monde. Il a pu observer leurs mœurs, leurs coutumes, et notamment le cannibalisme rituel qu’ils pratiquent à la mort d’un des membres de la tribu : pour honorer le défunt, ses proches dépècent le cadavre et le mangent presque intégralement.

Depuis quelques années, une terrible maladie, le kuru, décime ce peuple. Elle commence tout d’abord par des signes bénins, des troubles de l’équilibre. Mais très rapidement, l’état de santé du malade s’aggrave : très vite il ne peut plus marcher, ni coordonner ses mouvements. L’individu devient dément et grabataire et en quelques mois à peine, le kuru emporte le malheureux dans l’au-delà.
 
Etrangement, la maladie épargne les hommes et touche uniquement les femmes et les enfants.
 
Jeune enfant touché par le kuru.
 
Gadjusek est fasciné par ce récit, si bien qu’il part dès le lendemain pour la Nouvelle-Guinée en compagnie de Zigas. Gadjusek travailla sans relâche pour caractériser et identifier la maladie. Il vécut au plus près des Fores pendant plusieurs mois, il apprit leur langue et suivi leurs coutumes.

Le chercheur américain suspecte une atteinte cérébrale, si bien qu’il prélève des échantillons de cerveau sur les malades décédés et les envoie dans son laboratoire, aux Etats-Unis. L’observation au microscope de ces échantillons est stupéfiante : il existe littéralement des trous dans le tissu cérébral ! Ces trous donnent un aspect d’éponge au tissu cérébral, si bien que l’on parle de « spongiose ».

Gadjusek est très perplexe devant ce kuru dont la transmission ne ressemble à aucune autre : il ne peut être une maladie génétique, car la maladie est d’apparition bien trop récente et touche des individus de familles différentes. Mais il ne peut pas non plus être une maladie infectieuse, car il n’existe aucun signe d’inflammation dans le cerveau et qu’aucune trace d’une quelconque bactérie ou virus n’est retrouvé sur les cadavres.

La réponse se trouvait en partie dans les rites cannibales des Fores. Comme nous l’avons dit, ces derniers mangent leurs proches après leur mort. Ces rituels sont effectués par les femmes et les enfants, qui mangent les viscères et le cerveau, alors que les muscles, symboles de forces et de virilité, sont laissés pour les hommes de la tribu.

Voilà pourquoi ce sont seulement les femmes et les enfants qui sont atteints par le kuru : ce sont les seuls à manger le cerveau des personnes malades, alors que les hommes ne mangent que les muscles !

Après cette découverte, le cannibalisme sera proscrit dans la tribu, et rapidement les cas de kuru devinrent de plus en plus rares. Cependant, la période d’incubation de la maladie peut être extrêmement longue, si bien que le dernier cas de kuru au sein du peuple Fores fut recensé en 1998, plus de 40 ans après l’interdiction des pratiques cannibales.

Il fallut quelques années pour que le rapprochement soit fait entre le kuru, la maladie de Creutzfeldt-Jakob et la scrapie du mouton. L’hypothèse d’alors avançait que l’agent infectieux était un virus d’action lente, capable de passer au travers de toute défense immunitaire pour détruire le cerveau.

Il faudra les travaux d’un chercheur de talent, Stanley Prusiner, pour montrer que l’agent infectieux n’est ni un virus, ni une bactérie, ni même un organisme vivant. Bafouant toutes les règles de la biologie d’alors, il découvrit que l’agent infectieux responsable est en réalité une protéine. Mais une protéine très particulière, un prion, dont l’ingestion d’une quantité infinitésimale est suffisante pour déclencher la maladie mortelle.
 

Stanley Prusiner (à gauche) et Daniel Carleton Gadjusek (à droite) 
 
Ainsi donc, une des plus grandes découvertes en biologie du XXème siècle, qui révolutionna les paradigmes en biologie, a trouvé sa source dans un peuple coupé du monde en Nouvelle-Guinée décimé par le kuru.

D’autres réponses aux énigmes de la science peuvent se trouver au sein de ces sociétés primitives. Et notamment concernant… les mathématiques.

Depuis longtemps, une question taraude philosophes et scientifiques : nos capacités mathématiques reposent-elles sur un sens inné pour cette discipline, ou alors sont-elles indexées sur notre langage ? Autrement dit, le langage et les mathématiques sont-ils indépendants ou le langage est-il nécessaire au développement d’un raisonnement mathématique ?

C’est dans cette optique que Pierre Pica, un chercheur français, partit en 2004 étudier les aptitudes mathématiques d’un peuple vivant coupé du reste du monde, en plein cœur de l’Amazonie : les Munduruku. Ce peuple a pour spécificité de parler une langue dont le vocabulaire ne possède que très peu de mots. En particulier, il ne possède pas de mot pour les chiffres au-delà du 4. A partir du 5 (dont le mot correspondant est « une main »), la quantification devient très approximative : « pas beaucoup » et « beaucoup ».
 
Ainsi, lorsqu’on leur présente 13 points sur une feuille de papier, et qu’on leur demande combien il y en a, ils répondent alors : « tous les doigts d’une main et quelques-uns en plus ».

En conséquence, si les capacités mathématiques sont indépendantes du langage, les Munduruku réussiront les tests mathématiques aussi bien pour les petits chiffres (de 1 à 5) que pour les grands (pour lesquels ils n’ont pas de mot). Au contraire, si les capacités mathématiques sont le prolongement du langage, ils réussiront les tests pour les petits chiffres et échoueront pour les grands.

Plusieurs exercices leur furent proposés, pour ainsi permettre d’évaluer leurs aptitudes mathématiques.
 
Un premier exercice demandait de comparer 2 images, qui pouvaient contenir de 20 à 80 points. La question est toute simple : laquelle a le plus de points ?

Lorsque l’on pose cette question à des individus lettrés (dans l’expérience les sujets contrôles sont des étudiants français), nous observons un effet de distance : le taux de bonnes réponses augmente lorsque le ratio entre les nombre de points des 2 images augmente. Ainsi, il est beaucoup plus difficile de différencier 2 images qui possèdent 56 et 57 points plutôt que 2 images de 56 et 76 points –précisons que les sujets de l’expérience ne peuvent pas compter explicitement les points, ils doivent juger « à vue de nez ».
 
Bien que leur taux de réponses justes soit moins bon que chez les sujets contrôles, cet effet de distance est retrouvé chez les Munduruku.

De manière plus surprenante, les Munduruku sont capables, avec la même précision que les sujets contrôles, d’effectuer des opérations approximatives sur ces images. Lorsqu’on leur indique que l’on additionne 2 images, ils savent déterminer au sein de plusieurs possibilités de réponses laquelle est la plus proche du résultat.

Ainsi donc, il est possible de savoir compter, comparer et calculer de manière grossière sans devoir nécessairement recourir au langage !

Mais qu’en est-il du calcul exact ?

Un dernier test fut proposé aux Munduruku : ils devaient déterminer au sein d’un panel de 3 propositions, le résultat exact d’une soustraction comprenant des chiffres entre 1 et 8. Plus le premier chiffre était grand, plus ils se trompaient. Ils ne réussissaient à tous les coups seulement lorsque celui était inférieur ou égal… à 4.

Si le calcul grossier à tendance à être indépendant du langage, le calcul exact semble y être au contraire très fortement lié !

Il existerait donc un système inné qui nous permettrait de faire des calculs relativement complexes mais approximatifs sans que nous ayons à en référer à un langage quelconque. Les calculs exacts nécessiteraient au contraire fortement celui-ci !

La réponse de l’indépendance des mathématiques par rapport au langage se trouvait donc en partie cachée au sein d’un peuple amazonien, à plus de 9000 km de la France !

Les neurosciences ne sont pas qu’un champs opératoire restreint au laboratoire. Au contraire, certaines études nécessitent d’aller sur le terrain (qui n’est pas forcément le service hospitalier adjacent !). C’est au contact du monde que se trouvent les plus belles découvertes !





  


SOURCES :
- Pr. Patrick Berche, Les sortilèges du cerveau, Ed. Flammarion, 2015.
- Gajdusek, D. C. (2008). Early images of kuru and the people of Okapa. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 363(1510), 3636.
- Pica, P., Lemer, C., Izard, V., & Dehaene, S. (2004). Exact and approximate arithmetic in an Amazonian indigene group. Science, 306(5695), 499-503.

samedi 6 mai 2017

LA PREUVE (MATHEMATIQUE !) DE L'EXISTENCE DE L'ÂME ?!

« Comme Jésus se trouvait auprès du lac de Génésareth, et que la foule se pressait autour de lui pour entendre la parole de Dieu, il vit au bord du lac deux barques, d'où les pêcheurs étaient descendus pour laver leurs filets. Il monta dans l'une de ces barques, qui était à Simon, et il le pria de s'éloigner un peu de terre. Puis il s'assit, et de la barque il enseignait la foule. Lorsqu'il eut cessé de parler, il dit à Simon : avance en pleine eau, et jetez vos filets pour pêcher. Simon lui répondit : Maître, nous avons travaillé toute la nuit sans rien prendre; mais, sur ta parole, je jetterai le filet. L'ayant jeté, ils prirent une grande quantité de poissons, et leur filet se rompait. Ils firent signe à leurs compagnons qui étaient dans l'autre barque de venir les aider. Ils vinrent et ils remplirent les deux barques, au point qu'elles s’enfonçaient. Quand il vit cela, Simon Pierre tomba aux genoux de Jésus, et dit : Seigneur, retire-toi de moi, parce que je suis un homme pécheur. Car l'épouvante l'avait saisi, lui et tous ceux qui étaient avec lui, à cause de la pêche qu'ils avaient faite. Il en était de même de Jacques et de Jean, fils de Zébédée, les associés de Simon. Alors Jésus dit à Simon: Ne crains point; désormais tu seras pêcheur d'hommes. Et, ayant ramené les barques à terre, ils laissèrent tout, et le suivirent. »
Luc, 5.1-11


La pêche miraculeuse est un épisode fameux du Nouveau Testament, dont les 4 évangiles racontent la vie de Jésus Christ. C’est suite à ce miracle que Jésus aurait rallié à ses disciples Pierre (ou Simon), Jacques et Jean.
Le poisson deviendra par la suite un symbole fort du christianisme : les premiers chrétiens de l’empire romain s’en servaient pour  s’identifier à cette nouvelle religion, dans un contexte qui leur était hostile. Ce symbole avait non seulement pour origine l’épisode biblique que nous venons de citer, mais aussi le jeu de mot qu’il constitue en grec ancien, comme l’expliquera Saint Augustin quelques siècles plus tard :

 
« Ajoutez à cela que, si l’on joint ensemble les premières lettres de ces cinq mots grecs que nous avons dit signifier Jésus-Christ, Fils de Dieu, Sauveur, on trouvera Ichthus, qui veut dire en grec poisson, nom mystique du Sauveur, parce que lui seul a pu demeurer vivant, c’est-à-dire exempt de péché, au milieu des abîmes de notre mortalité, semblables aux profondeurs de la mer. »
Saint Augustin, La cité de Dieu

 
L’histoire commune entre sciences et religions a souvent été conflictuelle : nous avons tout de suite en exemple le célèbre procès de Galilée au 17ème siècle, forcé de réfuter ses théories devant ses juges chrétiens. Ce conflit existe toujours aujourd’hui à travers les discours créationnistes par exemple.
Mais il ne faut pas non plus imaginer les religions comme des oppresseurs perpétuels du progrès scientifique : prenons comme exemple la fabuleuse émulsion intellectuelle à Bagdad au cours du califat abbasside au 10ème siècle, les progrès d’alors en médecine, ou en mathématiques ! Même Galilée a fini par être réhabilité par le Pape Jean-Paul II.
Il ne faut pas voir non plus la science comme l’assassin d’un sentiment religieux. Une telle cohabitation entre science et religion est bien possible au sein d’un même individu : de grands scientifiques ont aussi été très pieux. Le meilleur exemple est certainement René Descartes, dont l’apport à la philosophie et à la science n’est pas à prouver et qui était par ailleurs quelqu’un de profondément croyant.

René Descartes (1596 - 1650)
Tout le monde connait son fameux « Je pense, donc je suis », qui identifie notre existence à notre pensée et qui définit l’Homme comme un être pensant. Son Cogito implique une séparation nette entre l’âme immatérielle et le corps géométrique, doctrine philosophique que l’on appelle le dualisme.
Cependant, l’âme et le corps ne peuvent demeurer constamment dissociés. L’âme commande le corps. Il faut donc trouver une articulation entre ces 2 dimensions a priori incompatibles : Descartes la placera dans la glande pinéale, située à la base du cerveau.


Selon Descartes, c’est à ce niveau, juste entre les 2 hémisphères cérébraux, que siège l’âme humaine.
Bien entendu, il ne put jamais prouver cette affirmation. Mais avec les moyens dont nous disposons aujourd’hui, pouvons-nous tirer cela au clair ? Pouvons-nous étudier ce domaine aussi mystérieux et insondable que l’âme humaine ?
En 2009, des chercheurs américains et allemands tentèrent une expérience incroyable. Leur but : déterminer si, même après la mort, une région du cerveau demeure fonctionnelle ; si, même après la mort, quelque chose subsiste.
Pour cela, ils mirent en place un protocole déroutant : ils placèrent un individu décédé dans une IRM fonctionnelle, une machine capable de détecter les activations du cerveau. Alors que le cadavre reposait dans la machine, ils passèrent devant ses yeux ouverts et vides des images de visages humains…
Et là, incroyable : une activité cérébrale fut détectée ! L’image n’était pas assez précise pour déterminer dans quelle aire cérébrale avait lieu cette activation, mais le fait était clair : une activation cérébrale était détectée quand bien même il était certain que l’individu était décédé. Et que cela pouvait-il bien représenter, si ce n’est l’âme humaine ?
Descartes avait-il raison, le siège de l’âme est-elle cette petite protubérance cérébrale, la glande pinéale ?
Enfin… chez l’Homme ? Excusez-moi, il me semble que j’ai oublié de vous préciser que cette expérience se déroulait non pas sur un Homme décédé… Mais sur un saumon.

Image tirée de l'article de Benett and col. 2009.
On y voit bien la silhouette d'un saumon et les artéfacts d'activation au niveau de son cerveau.

Trêve de plaisanterie, et analysons ce bon gros fake cérébral.
Tout d’abord, un titre accrocheur : l’existence de l’âme ! Un sujet mystérieux pour la plupart d’entre nous. Une bonne accroche putaclic ! Ensuite, une transition toute en douceur au cours des premiers paragraphes de l’article, de la religion qui ne semble au final pas si incompatible que cela avec la science, et la preuve à travers Descartes qu’un esprit brillant peut coexister avec un esprit pieux –et peut être même le magnifier. Tout cela pour arriver à cette étude -qui a réellement existé, mais qui s’attachait à prouver quelque chose de bien plus rationnel, nous allons le voir.
Il est par ailleurs intéressant de noter qu’aucune information dans les paragraphes précédents n’est fausse : seule l’articulation entre les différentes idées est fallacieuse.
Enfin, dans le titre, ce mot « mathématique » qui fait sérieux, scientifique, objectif. « Ah oui, si c’est une preuve mathématique c’est forcément que c’est quelque chose de précis, d’immuable ! »
Car si la solution de ce fake est bien mathématique, c’est au contraire pour en dénoncer les interprétations que l’on peut en faire !
En biologie (et plus généralement en sciences), il est impossible pour les chercheurs de travailler sur la population générale : pour savoir si une théorie est vraie pour tous les Hommes, la meilleure solution est encore de la tester sur tous les Hommes. Pour pallier cette impossibilité, les scientifiques sélectionnent des échantillons représentatifs de la population, et se permettent d’extrapoler leurs résultats à la population générale. Exactement de la même manière que les sondages en politique.
Si je veux savoir exactement la proportion de français qui vont voter pour Macron ou pour Le Pen dimanche, je devrais attendre le soir des résultats, lorsque les résultats portant sur l’ensemble de la population seront dévoilés. Avant cela, je peux tenter de prédire cette proportion à partir d’un petit groupe de personnes que j’interroge et que je pense être représentatif de la population générale : c’est le sondage.
Les sondages diffèrent souvent légèrement de la réalité. Mis à part les biais parfois important dans le recrutement de leur sujets (et donc un échantillon qui ne serait alors pas représentatif de la population générale), cela est en partie dû au fait qu’un échantillon (correctement sélectionné) n’est jamais totalement représentatif : il existe une variabilité. C’est pour cela que les instituts de sondage avancent toujours des fourchettes (appelés intervalles de confiance en statistiques), reflet d’une nécessaire incertitude.
Tout cela pour vous illustrer qu’il existe une nécessaire notion d’incertitude dans la recherche scientifique.
Lors d’une acquisition IRM d’un cerveau, celui-ci est divisé en centaines de milliers de petites unités élémentaires de volumes : les voxels, extension de la notion de pixel de votre télé, mais en 3D. Des petits Apéricubes cérébraux, si vous voulez. A chaque voxel est affecté une valeur, qui témoigne de son activation plus ou moins forte.
Le travail des chercheurs, comme dans l’étude dont nous avons parlé plus haut, est alors de déterminer, au niveau de chaque voxel, si celui-ci est activé ou pas. Ils ont donc à trancher entre 2 hypothèses : « le voxel est activé » versus « il ne l’est pas ». Pour cela, ils vont effectuer un test statistique.
Le but de notre test diagnostic est de calculer la probabilité d’observer la valeur du voxel en question si l’on prend comme a priori que le voxel n’est pas activé. Le test diagnostic débute donc par un « pari » sur l’une des 2 hypothèses –que l’on appelle l’hypothèse nulle, ici « le voxel n’est pas activé ».
A la fin du test, on obtiendra, pour chaque voxel du cerveau, la probabilité sous l’hypothèse nulle qu’on aurait d’avoir les valeurs que l’on observe.
Or, il s’avèrera que pour certains voxels, la probabilité que l’on aura calculée sera très faible. La question qu’il faut alors se poser est de déterminer le seuil à partir duquel on va considérer qu’il est improbable que l’hypothèse nulle soit vraie pour le voxel en question.
Le seuil proclamé en biologie est de 5%. Il peut s’interpréter comme suit : « Si l’hypothèse nulle est vraie et donc que ce voxel n’est pas activé, je n’aurais que 5% de chance d’observer la valeur que j’y ai mesuré. C’est une probabilité très faible, tellement faible qu’en fait je pense que ce voxel est en réalité activé. J’ai fait une erreur en pariant sur l’hypothèse nulle. Je la rejette donc et je conclu que le voxel est activé. »
Ainsi donc, si la probabilité d’observer une mesure dans un voxel a priori désactivé est inférieure à 5%, il faut considérer que l’hypothèse admise est fausse, et que le voxel est en réalité activé : nous rejetons la première hypothèse, qui n’a pas passé l’épreuve du feu, et acceptons la seconde –que l’on appelle justement l’hypothèse alternative.
Bien entendu, vous l’aurez remarqué, ce n’est pas parce qu’un évènement est très peu probable que l’hypothèse nulle est constamment fausse. Le voxel peut tout de même être inactivé même si la valeur qui lui est attribuée rend la chose peu probable.
C’est pour cela que si l’on fait 100 fois ce test statistique avec un seuil de 5%, nous trouverons en moyenne 5 voxel activés qui ne le sont pas nécessairement. Cinq fois sur 100 nous conclurons à un voxel activé alors qu’il ne l’est en réalité pas.
Et c’est là que réside la clé de notre problème : le cerveau est divisé en plus de 100 000 voxels : il est donc nécessaire de répéter ce test statistique 100 000 fois !
Ce n’est donc pas étonnant de détecter des voxels activés, quand bien même aucun ne l’est ! Et d’aboutir à des résultats aussi absurdes qu’une activité cérébrale mesurée chez un saumon mort.
Fort heureusement, il existe des solutions mathématiques pour limiter ce type d’erreurs. C’est d’ailleurs pour démontrer leur utilité (que dis-je, leur nécessité) que les 4 chercheurs avaient placé leur saumon mort dans l’IRM : en appliquant ces corrections, ils ne détectaient plus aucune activité cérébrale.
Ces corrections ne sont pas toujours appliquées dans les résultats de certaines études –mais cela est toujours précisé par les chercheurs !


Quelles leçons tirer de cet article ?
Premièrement, toujours faire fonctionner son scepticisme et son esprit critique : une personne qui vous avance une preuve scientifique à une question religieuse (« Dieu existe-t-il ? ») est un charlatan. Le domaine de la religion est inaccessible à la science et vice versa.
Deuxièmement, les résultats scientifiques ne sont jamais certains, en particulier en biologie, en grande partie du fait de la grande variabilité des individus. C’est pour cela qu’une étude seule ne vaut pas grand-chose tant que ses résultats n’ont pas été répliqués de manière indépendante. Il s’agit là d’une étape nécessaire pour commencer à avoir des certitudes. Une théorie scientifique est toujours considérée comme vraie jusqu’au moment où elle est contredite par l’expérience. La vocation d’une théorie scientifique est donc d’être un jour réfutée. La science ne cherche pas le vrai, mais le vérifiable.
Enfin, que les scientifiques ne sont pas dénués d’humour –un humour potache qui les conduit à élaborer une expérience d’IRM fonctionnelle sur un saumon mort !

  

SOURCES :
- Bennett, C. M., Miller, M. B., & Wolford, G. L. (2009). Neural correlates of interspecies perspective taking in the post-mortem Atlantic Salmon: An argument for multiple comparisons correction. Neuroimage, 47(Suppl 1), S125.
- IRM fonctionnelle :  QUELQUES  IDEES SUR LE TRAITEMENT STATISTIQUE DES DONNEES, ENS Lyon

vendredi 7 avril 2017

UNE BALEINE NE DORT JAMAIS SUR SES DEUX OREILLES !


Si vous visitez un jour les environs de Boston aux Etats-Unis, vous aurez sans doute l’opportunité de faire une sortie en mer le temps d’une après-midi pour observer les baleines à bosse, nombreuses dans cette région de l’Atlantique.

Cet animal mystérieux, majestueux, est très étudié par les biologistes à travers le monde. Son comportement (tout comme son chant) peut être très élaboré : il est ainsi suggéré que la baleine à bosse pourrait être capable d’altruisme –contrairement à certains humains.

Tout comme l’Homme, la baleine à bosse est un mammifère. Elle possède donc tout comme nous des poumons et doit remonter prendre sa respiration à la surface de l’eau.

A la différence de l’Homme, la baleine à bosse vit constamment dans l’océan.

Si un Homme s’endort sous l’eau, ou tout du moins y est inconscient, son destin sera certainement très sombre : soit le manque d’oxygène le réveillera en panique et il sera obligé de reprendre très vite sa respiration, soit il inhalera de l’eau et mourra immanquablement.

La conclusion est stupéfiante : un Homme ne peut pas dormir sous l’eau.

Mais comment les baleines peuvent-elles le faire, alors qu’elles sont des mammifères elles aussi ?

Etant donné que, comme ses cousins humains, la baleine doit remonter de temps en temps à la surface de l’eau pour reprendre sa respiration, son cerveau ne peut s’endormir complètement. La baleine ne peut sombrer dans une inconscience totale –si tant est qu’elle ait une conscience.

Les scientifiques ont donc cherché à savoir comment fonctionnait le cerveau d’une baleine lorsqu’elle était en train de dormir. Pour cela, ils utilisèrent les mêmes techniques développées pour les humains : ici, l’électroencéphalogramme (ou EEG).

L’électroencéphalogramme est un outil très précieux car il permet de mesurer l’activité électrique du cerveau. En effet, les neurones qui le composent peuvent être considérés comme de petits dipôles électriques qui créent un champ électrique lorsqu’ils fonctionnent. En disposant sur la surface du crâne des dizaines de petites électrodes, nous sommes capables de mesurer et d’analyser ce champ électrique et de déterminer d’où il provient –de quelle région cérébrale.

Alors je ne sais pas trop comment se passe cet examen sur une baleine, mais voici à quoi il ressemble sur un dauphin.


Grâce à l’EEG, les biologistes découvrirent que les baleines (pas seulement à bosse) ne dorment jamais complètement. En réalité, seule une moitié de leur cerveau se met au repos, alors que l’autre est totalement réveillée !

Ainsi, le cerveau de la baleine dort par moitié, un hémisphère relayant l’autre de temps en temps.

Une baleine ne dort donc jamais sur ses 2 oreilles : il y en a toujours une qui guette le danger. Elle ne ferme jamais les 2 yeux, mais seulement celui qui correspond à l’hémisphère endormi !

C’est ainsi que l’hémisphère éveillé peut prendre en charge le fonctionnement de l’organisme (respirer de temps en temps, guetter l’approche d’un danger…) pendant que son compère se repose.

Il est possible de mimer cet état chez l’adulte éveillé.



Comment endormir la moitié seulement d’un cerveau ?

En 1945, le Japon sort d’une guerre destructrice contre les Etats-Unis : 2 villes ont été rasées par le feu atomique, le pays est dévasté, la nation exsangue. La pauvreté est extrême dans cet archipel désormais sous occupation américaine. Des milliers de prisonniers nippons travaillent dans les camps de l’armée américaine.

C’est dans un de ces camps qu’un jeune japonais travaillait comme cuisinier. Un jour, un GI complètement saoul le prit à parti, ainsi que ses compagnons d’arme. Il était capable de tirer sur la casquette du cuisinier sans le toucher, et il allait le prouver !

Malheureusement pour le prisonnier, le soldat manqua sa cible et la balle le toucha en pleine tête, pénétrant juste sous la voûte crânienne et détruisant la partie supérieure de son hémisphère cérébral gauche. Il eut de graves séquelles : une paralysie de la jambe droite et une épilepsie insensible aux traitements de l’époque.

Il est fréquent de développer une épilepsie après une lésion cérébrale : le réseau neuronal est complètement déstabilisé et se met à décharger par moment de manière anormale : c’est la crise d’épilepsie.


John Wada (1924-)
 
Deux ans plus tard, en 1949, ce jeune homme consulta un médecin de l’hôpital d’Hokkaido, Juhn Wada. Ce tout jeune médecin ne s’intéressait pas à l’épilepsie en tant que telle, mais au traitement des troubles psychiques par l’électrothérapie – autrement dit, soigner un malade psychiatrique en déclenchant chez lui une crise d’épilepsie.

Cette méthode n’est bien évidemment pas sans risque, en particulier lors les crises d’épilepsie induites intéressent l’hémisphère dominant, où siège notamment les réseaux neuronaux du langage. C’est pour cela que Wada réfléchit au moyen de limiter la crise épileptique à l’hémisphère mineur, dont le rôle est beaucoup moins important dans le langage.

La rencontre entre le docteur Wada et le jeune cuisinier mutilé fut déterminante : et s’il était possible de guérir son épilepsie, inaccessible à tout traitement médicamenteux, en anesthésiant son hémisphère malade ? Et si, de la même manière, il était possible de restreindre l’électrothérapie à l’hémisphère voulu ?

John Wada injecta donc un produit anesthésique directement dans l’artère carotide gauche du cuisinier pour endormir spécifiquement l’hémisphère correspondant. Non seulement la crise d’épilepsie cessa dès l’injection, mais le patient devint aussi immédiatement hémiparésique (une moitié du corps paralysé) et muet !

Lors du test de Wada, le médecin injecte un anesthésiant (l'amobarbital
de sodium) dans l'artère carotide pour anesthésier sélectivement l'un des 2
hémisphères cérébraux.

Le docteur Wada venait d’inventer un test qui non seulement permettait d’interrompre la crise, mais aussi d’étudier la latéralisation cérébrale. Il venait de démontrer qu’il est possible d’anesthésier sélectivement (du moins transitoirement) un seul des 2 hémisphères !

Publiés initialement en japonais, les travaux du docteur Wada demeurèrent inconnu de la communauté scientifique jusqu’à ce qu’il émigre au Canada, dans l’équipe d’un certain Wilder Penfield. C’est là qu’il perfectionna la technique, en passant par l’expérimentation animale pour aboutir à une vaste étude clinique qui valida l’innocuité du test.

Il est assez frappant de noter que contrairement à l’immense majorité des études cliniques, le test de Wada fut d’abord testé chez l’homme avant d’être évalué chez l’animal !

Initialement, le test fut seulement utilisé dans le cadre des bilans préopératoires de neurochirurgie. En effet, si c’est l’hémisphère gauche qui dirige le langage d’une majorité des droitiers, cela est loin d’être le cas chez les gauchers et les ambidextres. Avant une intervention neurochirurgicale au cours de laquelle une partie du cerveau d’un patient va lui être excisée, il est nécessaire d’anticiper les possibles séquelles du geste opératoire, et en particulier de prévoir si le langage sera atteint. Le test de Wada sert ainsi à mimer de façon grossière et transitoire l’intervention chirurgicale avant qu’elle n’ait lieu.

Par la suite, les indications du test seront étendues aux conséquences similaires que peuvent avoir les interventions neurochirurgicales sur la mémoire grâce aux travaux de Brenda Milner.

Aujourd’hui encore, le test de Wada a conservé ses indications initiales et est toujours pratiqué dans certains hôpitaux (Freiburg, Erlangen…). Cependant, à la différence de Wada, l’anesthésie de l’hémisphère cérébral ne se fait pas en injectant le produit directement dans l’artère carotide (c’est tout de même un petit peu dangereux) mais par cathétérisme à partir de l’artère fémorale : on introduit une sonde dans l’artère de la cuisse que l’on remonte à travers l’aorte jusqu’à l’artère carotide où l’on délivre l’anesthésiant.

Une fois l’hémisphère endormi, les neurologues disposent d’une dizaine de minutes pour effectuer leurs tests cognitifs. Ensuite, l’anesthésiant se diffuse à l’ensemble de l’organisme (et donc à l’autre hémisphère) et le patient devient inconscient.

Cet examen est considéré comme le gold standard dans l’étude de la latéralisation cérébrale : il s’agit d’une méthode de référence pour ce type d’étude. Cependant, le test est risqué : on estime la proportion de complications à 5%. Ces complications peuvent être très graves puisqu’il peut s’agir d’AVC (accident vasculaire cérébral) ou de dissection carotidienne. Dans ce dernier cas, la paroi de l’artère carotide se fissure et peut entraîner une hémorragie importante, mettant en jeu la vie du patient.

C’est pour ces raisons que de nos jours, le test de Wada est de moins en moins pratiqué et remplacé par des méthodes plus sûres telles que l’IRM fonctionnelle. Cette technique permet de visualiser le fonctionnement cérébral  d’un patient lorsqu’on lui demande de parler par exemple. Il est donc facile grâce à cette méthode d’imagerie d’identifier l’hémisphère dominant. Cette méthode est d’autant plus utilisée qu’elle ne nécessite aucune injection et est donc beaucoup plus sure que le test de Wada.

Il est ainsi possible de mimer chez l’Homme ce que l’on observe au naturel chez la baleine. Le test de Wada, de moins en moins utilisé de nos jours, fut un outil important pour comprendre la spécialisation hémisphérique de notre cerveau pour le langage ou la mémoire.






SOURCES :
- Wada, J. A. (1997). Youthful season revisited. Brain and cognition, 33(1), 7-10.
- Elisabeth Pauli, Wada Test: Intracarotid Amobarbital Procedure (IAP), Epilepsy Center, University Hospital Erlangen
- Boas, W. E. (1999). Juhn A. Wada and the Sodium Amytal Test The first (and last?) 50 years. Journal of the History of the Neurosciences, 8(3), 286-292.

samedi 25 mars 2017

L'ARRET CARDIAQUE : UN PROBLEME DE CERVEAU


Vers la fin du 13ème siècle, un acuponcteur chinois nommé Chang San-Feng se demanda s’il ne pouvait pas détourner les effets bénéfiques de l’acuponcture dans le but de nuire, voire même de tuer, ses ennemis.

S’il était possible, grâce à l’acuponcture, de guérir en stimulant les méridiens et ainsi faciliter la circulation du qi dans l’organisme, il devait exister des points qui, à l’inverse, s’ils sont stimulés, n’engendrent non pas la guérison mais la mort.

Selon la légende, il développa un ensemble de techniques d’attaques basées sur des coups ou des pressions sur les méridiens, qu’il dénomma Dim Mak et que l’on peut traduire par « touche mortelle ».

Toujours selon la légende, celui qui maîtrise le Dim Mak est capable de tuer son adversaire d’un seul coup de poing, en particulier si celui-ci est asséné dans la poitrine de l’ennemi.

Plus de 700 ans plus tard, le 15 avril 2013, un match de baseball se déroule sous le soleil de la Californie. Il oppose les enfants de la petite ville de Rohnert Park. Sur une action anodine, la balle percute l’un des joueurs, en plein milieu de la poitrine. L’enfant s’arrête de jouer, trébuche… et tombe inanimé sur le sol, victime d’un arrêt cardiaque.


Un couple présent dans le public, formé aux gestes de premier secours, se précipitent et commence le massage cardiaque. Après quelques minutes, les médecins arrivent sur place et réussissent à faire repartir le cœur.

Cet enfant vient de survivre à un évènement très rare, le commotio cordis.

Le cœur est un muscle absolument fondamental au bon fonctionnement de notre corps : c’est lui qui pompe le sang, distribuant oxygène et nutriments à l’ensemble du corps (dont le cœur lui-même). Son fonctionnement optimal nécessite des battements réguliers, que l’on mesure à travers la fréquence cardiaque.


Comment sont générés les battements cardiaques, et pourquoi sont-ils réguliers ?

Il existe dans le cœur un véritable chef d’orchestre, un pace-maker naturel représenté par le nœud sinusal et dont la musique se propage progressivement, de proche en proche, à l’ensemble du cœur. Au fur et à mesure que la musique se propage, les cellules cardiaques se contractent, permettant d’obtenir une coordination parfaite entre toutes les cellules cardiaques et donc un fonctionnement d’ensemble harmonieux.


Le noeud sinusal est considéré comme le pace maker naturel du coeur. C'est lui qui dirige la contraction de l'ensemble de l'organe. Pour cela, les influx électriques qu'il génère se propagent à travers le coeur à travers des autoroutes (en rouge sur le schéma) qui traversent successivement les oreillettes, puis font une pause au niveau du noeud auriculo-ventriculaire (qui est, pour ainsi dire, une station essence ou une aire de repos) avant de traverser les ventricules. Sur son passage, l'influx électrique entraîne la contraction des cellules cardiaques avoisinantes.
Etant donné que le noeud sinusal est à l'origine de cet influx électrique, c'est lui qui contrôle l'ensemble de la contraction cardiaque.

Cette mélodie se répète à chaque cycle cardiaque, environs 60 fois par minute, et peut être analysée par les médecins grâce à l’électrocardiogramme –le fameux ECG.


L'ECG est un examen simplissime à réaliser, qui permet d'évaluer très précisément le fonctionnement électrique du coeur. Ci-dessus vous est présenté un ECG normal.
Un ECG est enregistré à partir de 12 électrodes (voire plus) disposés sur la poitrine et sur les membres du patient. Chaque électrode est importante car elle permet d'étudier une région précise du coeur. Cet examen est capital au médecin qui peut détecter et localiser une pathologie cardiaque (par exemple un infarctus du myocarde) en analysant la forme du tracé au niveau de chacune des électrodes.
 

L’ECG est un examen absolument indispensable à tout cardiologue. Simplissime à réaliser, il représente une source d’informations incroyable sur le fonctionnement du cœur. Il permet, entre autre, d’étudier avec précision la contraction cardiaque, puis la phase de relaxation qui la suit immédiatement après.


Cycle cardiaque tel que l'on peut l'observer sur l'ECG.
Chaque onde que l'on peut visualiser correspond à la contraction et à la relaxation du muscle cardiaque. Ainsi, au début du cycle cardiaque, l'influx électrique quitte le noeud sinusal et se propage dans les oreillette, entraînant leur contraction qui est visualisés au travers de l'onde P. Ensuite, l'influx électrique fait une petite pause au niveau du noeud auriculo-ventriculaire, la "station essence" du coeur : c'est l'espace PR. Puis c'est au tour des ventricules de se contracter, qui est représenté par le complexe QRS sur l'ECG. Enfin, le coeur doit se relâcher avant de démarrer un nouveau cycle. Cette relaxation est représentée par l'onde T. A la fin de l'onde T, le cycle cardiaque est terminé et le coeur est retourné dans son état initial : il est pret à débuter un nouveau cycle.

C’est au tout début de la phase de relaxation que le cœur peut être vulnérable. Un coup asséné sur le cœur à un instant très précis (entre 10 et 20 millisecondes après la fin de la contraction cardiaque) peut entraîner, dans de très rares cas, une fibrillation ventriculaire.

Si la balle de baseball (ou le palet de hokey) heurte la poitrine en regard du coeur juste avant le sommet de l'onde T, et si elle possède l'énergie suffisante (ni trop élevée, ni trop basse), alors l'individu sera à risque de commotio cordis. Le choc entraînera une déstabilisation des cellules cardiaque et de l'équilibre ionique nécessaire à leur contraction, désorganisant le cycle cardiaque et aboutissant à une fibrillation ventriculaire.

Lors d’une fibrillation ventriculaire, la mélodie dictée par le nœud sinusal (le chef d’orchestre) devient si chaotique que toutes les cellules cardiaques se contractent à leur guise, dans un joyeux capharnaüm qui rend le fonctionnement cardiaque global complètement inefficace. Les contractions anarchiques empêchent le cœur d’effectuer son rôle de pompe : le sang ne circule plus, le corps n’est plus alimenté en oxygène et si l’on n’agit pas immédiatement, la mort survient rapidement.

Il est alors absolument capital de débuter au plus vite un massage cardiaque et encore plus d’utiliser un défibrillateur pour tenter de faire repartir le cœur.  Le ‘coup de jus’ qui est alors délivré permettra de resynchroniser la mélodie cardiaque et ainsi rétablir une activité coordonnée.

Si l’état du cœur est alors une donnée essentielle, l’état du cerveau est sans aucune mesure la donnée capitale concernant le devenir du malade.

Remplacer (transitoirement) un cœur, des poumons ou des reins, les médecins savent aujourd’hui très bien le faire. Il existe tout un arsenal de machines de réanimation permettant d’apporter une aide pour passer un cap difficile. Il est en revanche rigoureusement impossible de remplacer un cerveau.

L’amélioration de ces techniques de réanimation est d’ailleurs telle que la définition même de la mort en a été chamboulée. Si avant la seconde guerre mondiale, elle reposait sur l’arrêt cardiorespiratoire, elle est désormais définie par la mort cérébrale –autrement dit, la mort du cerveau.

On est mort quand notre cerveau est mort, mais pas nécessairement lorsque notre cœur est mort –même s’il convient de nuancer ce propos : si le cœur ne repart pas après 30 minutes de réanimation, l’arrêt cardiaque est considéré comme définitif, les lésions cérébrales comme certaines et irréversibles, et le décès du patient est déclaré.

Le cerveau est mis à rude épreuve lors d’un arrêt cardiaque. Quelques secondes après l’arrêt cardiaque, le sujet sombre dans l’inconscience et après quelques minutes, tout l’oxygène a été consommé. Chaque minute qui passe correspond alors à la mort de centaines de milliers de neurones.

D’où l’importance capitale du massage cardiaque, qui permet de restaurer (en partie) une circulation sanguine dans l’organisme et en particulier dans le cerveau. Cependant, même correctement effectué, le massage cardiaque ne restaure qu’une faible fraction du débit sanguin normal – à peine 30%...

De plus, les conséquences sur le cerveau se prolongent bien après la réanimation du malade. Le manque d’oxygène a créé un véritable cataclysme dans l’organisme, et quand bien même le cœur repart, les neurones ne sont toujours pas hors de danger.

Tout d’abord, les drogues utilisées par les médecins pour faire repartir le cœur, tel l’adrénaline, entraînent des spasmes des vaisseaux sanguins au niveau du cerveau. Ainsi, quand bien même le cœur retrouve un fonctionnement normal, certaines régions du cerveau ne sont toujours pas irriguées.

De plus, la déstabilisation complète du fonctionnement de l’organisme conduit à des réactions très nocives pour le cerveau, en particulier l’activation de la coagulation sanguine.

La coagulation correspond au mécanisme qui permet à l’organisme de juguler une plaie et ainsi de limiter un saignement. C’est donc une réaction tout à fait physiologique et bénéfique.

Cependant, lors d’un arrêt cardiaque prolongé, la coagulation s’active de manière totalement anarchique dans l’organisme, créant des caillots qui bouchent les artères. Ces caillots peuvent notamment se retrouver dans le cerveau et boucher l’un de ses vaisseaux. Ainsi donc, quand bien même le cœur repart, le malade peut être victime d'un AVC (accident vasculaire cérébral) immédiatement après son arrêt cardiaque…

Enfin, la restauration même du débit sanguin et de l’apport en oxygène dans le cerveau peut être délétère pour les neurones. En effet, l’oxygène en lui-même peut être très nocif pour nos neurones au travers les réactions d’oxydation qu’ils induisent.

Alors même que la réanimation cardiaque est un succès, le cerveau n’est, lui, toujours pas tiré d’affaire !


Comment protéger le cerveau de tous les dangers qui le guettent lors d’un arrêt cardiaque ?



L’une des solutions qui se développe ces dernières années (les premiers essais datant du début des années 2000) est l’hypothermie thérapeutique. Le fait d’abaisser la température corporelle a en effet des effets bénéfiques sur la survie des cellules de l’organisme en diminuant leurs besoins en oxygène, limitant ainsi les lésions liées à l’arrêt cardiaque.

Les techniques utilisées pour ce refroidissement vont de la couverture « réfrigérante » à la perfusion d’eau froide directement dans les vaisseaux sanguins.

Même si elles possèdent un certain nombre de limitations, plusieurs études tendent à montrer que l’hypothermie thérapeutique diminue significativement le risque de lésion cérébrale tout en augmentant la survie des patients. Tout du moins, c'est ce que l'on pensait jusqu'à la publication d'une grande étude en 2013 dans la prestigieuse revue New England Journal of Medicine, qui portait sur près de 1000 patients et ne montrait aucun bénéfice de l'hypothermie versus normothermie.  

Au-delà de cela, la survie des personnes victimes d’arrêt cardiaque repose, avant même l’intervention des médecins, sur un massage cardiaque précoce. Cela implique une formation de chacun aux gestes qui sauvent.

Une fois que les médecins sont sur place, si le destin a dit que le cœur ne devait pas repartir, il ne repartira pas. En revanche, s‘il est dit qu’il devait repartir, les médecins le réanimeront avec succès. Et c’est là qu’est toute l’importance du massage cardiaque que les passant, vous, moi, auront effectué.

Sans massage cardiaque, le patient sera bien plus à risque de séquelles. Avec un massage efficace, par quelqu’un formé aux gestes de premiers secours, ce risque diminuera fortement.

C’est vous, passant, témoin, qui avez son destin entre les mains.

Alors, formez-vous !



SOURCES :
- http://abcnews.go.com/Health/california-year-struck-baseball-dies/story?id=18958977
- http://www.cochrane.org/fr/CD004128/refroidissement-du-corps-apres-reanimation-suite-un-arret-cardiaque
- Maron, B. J., & Estes III, N. M. (2010). Commotio cordis. New England journal of medicine, 362(10), 917-927.
- Uchino, H., Ogihara, Y., Fukui, H., Chijiiwa, M., Sekine, S., Hara, N., & Elmér, E. (2016). RETRACTED ARTICLE: Brain injury following cardiac arrest: pathophysiology for neurocritical care. Journal of intensive care, 4(1), 31.
- Madl, C., & Holzer, M. (2004). Brain function after resuscitation from cardiac arrest. Current opinion in critical care, 10(3), 213-217.
- http://meritus.kopernika.pl/not-so-therapeutic-hypothermia/