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