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Bien que la recherche en neurosciences ait été florissante au cours de la dernière décennie, 2022 s’est avérée être une année exceptionnelle avec certaines des plus grandes avancées en neurosciences depuis des années. Voici 7 découvertes qui montrent le potentiel des neurosciences pour transformer nos vies et même nos définitions de la vie elle-même.
Ces signatures EEG de type battement de cœur sont la première preuve indirecte que le cerveau humain utilise l'informatique quantique. Les potentiels évoqués EEG ont été détectés via une technique d’IRM spécifique conçue pour rechercher les spins intriqués du cerveau humain.
Ils ne peuvent actuellement être expliqués que par des rotations de protons nucléaires dans le cerveau qui sont intriquées quantiquement. Le physicien principal de la découverte a résumé :
"𝙒𝙚 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙 𝙖𝙣 𝙞𝙙𝙚𝙖, 𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙 𝙛𝙤𝙧 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙧𝙞𝙢𝙚𝙣𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙥𝙧𝙤𝙫𝙚 𝙩𝙝𝙚 𝙚𝙭𝙞𝙨𝙩𝙚𝙣𝙘𝙚 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚, 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙖.
Dans ce cas, le système connu était l’eau cérébrale (liquide cérébral) et le système inconnu était le cerveau.
De plus, les niveaux d’intrication sont corrélés aux performances de la mémoire à court terme et à la conscience, il est donc probable qu’ils constituent une partie importante de nos fonctions cognitives d’ordre supérieur.
Les processus quantiques sont bien établis en biologie non humaine. Par exemple, sans tunnel quantique, la photosynthèse et, par conséquent, la plupart des formes de vie sur Terre n’auraient peut-être pas existé.
Cette étude n’est pas non plus la première preuve de la biologie quantique humaine.
Les cryptochromes trouvés dans l'œil d'oiseau qui exploitent l'intrication quantique à états triples ont été établis comme un mécanisme qui leur permet de lire le champ magnétique terrestre comme une carte. Les yeux humains possèdent également des cryptochromes, mais à un moment donné de notre évolution, ils ont été désactivés.
Les résultats de cette étude pourraient marquer le début d’un changement de paradigme dans les neurosciences et révéler des moyens clés pour faire évoluer l’informatique quantique basée sur machine et l’intelligence artificielle générale.
Étude : Indications expérimentales des fonctions cérébrales non classiques , Christian Matthias Kerskens et David López Pérez.
Pour la première fois dans l’histoire, les animaux pourraient acquérir certains aspects de l’intelligence humaine grâce à des transplantations cérébrales intégratives.
Les organoïdes (ou assembloïdes ) sont des groupes fonctionnels de neurones cultivés in vitro, généralement à partir de cellules souches cutanées. Ces formations cérébrales vivantes relativement complexes, qui peuvent être animales ou humaines, sont utilisées pour étudier la mécanique neuronale en laboratoire, en dehors d’un véritable cerveau.
Cependant, leur valeur de recherche est assez limitée par la taille et la complexité dans lesquelles ils peuvent évoluer. Pour surmonter ce problème, une nouvelle approche publiée dans Nature consiste à transplanter des organoïdes du cortex humain dans des cerveaux de rats vivants (dans l'image ci-dessus).
Six mois après l'intégration, les neurones humains ont atteint un nouvel ordre de maturation, devenant 6 fois plus gros que ce qui était possible in vitro. Leur activité imite mieux certains des comportements les plus sophistiqués observés dans le cerveau humain.
Dans une expérience de suivi, les chercheurs ont spécifiquement activé les neurones humains génétiquement modifiés en utilisant l'optogénétique et ont réussi à influencer la fréquence à laquelle les rats recherchaient une récompense.
Bien que fascinant, ce nouveau domaine de recherche biologique, et même la biologie elle-même, peut être semé de complications éthiques, notamment sur la manière de classer un tel organisme hybride.
Étude : Maturation et intégration de circuits d'organoïdes corticaux humains transplantés , Omer Revah et al.Stu
Cette vidéo est plus que ce que l'on voit : il s'agit en fait de la première hybridation réussie de neurones biologiques et de puces de silicium apprenant à jouer à un jeu simulé.
Comme nous venons de le voir, les organoïdes constituent actuellement l’un des domaines scientifiques qui évoluent le plus rapidement. Cette recherche va dans une direction différente, mais tout aussi ahurissante, en synthétisant un mélange d’organoïdes humains/rongeurs avec des puces informatiques.
Surnommé « intelligence biologique synthétique » (SBI), l'objectif est de fusionner de manière synergique ces formes d'intelligence autrefois divergentes.
En particulier, les chercheurs ont cherché à exploiter la puissance de la complexité de troisième ordre présente dans les organoïdes, ce qui n’a jamais été réalisable en informatique traditionnelle. Et en plus, pour parvenir à la définition formelle de la sensibilité dans les cultures neuronales, démontrant efficacement l’apprentissage par rétroaction sensorielle.
Dans cette étude, les organoïdes in vitro ont été intégrés à l'informatique « in silico » via un réseau multiélectrodes haute densité. Utilisant une rétroaction structurée en boucle fermée via une stimulation électrophysiologique, l'expérience nommée « BrainDish » a été intégrée dans une simulation du jeu informatique emblématique Pong.
La capacité des neurones des assemblages à répondre de manière adaptative aux stimuli externes est la base de tout apprentissage animal. Bien que cette expérience initiale soit une simulation très basique, elle a démontré un comportement intelligent et sensible dans un monde de jeu simulé grâce à un comportement dirigé vers un objectif.
Cette approche offre une nouvelle voie de recherche prometteuse pour soutenir ou remettre en question les théories expliquant comment le cerveau interagit avec le monde et pour étudier l’intelligence en général.
Étude : Les neurones in vitro apprennent et présentent une sensibilité lorsqu'ils sont incarnés dans un monde de jeu simulé , Brett J. Kagan et al.
Les chercheurs ont fait une découverte potentiellement révolutionnaire pour la santé humaine en 2022. Les muscles constituent la plus grande masse maigre de notre corps, mais en termes de métabolisme oxydatif du corps entier, ils ne brûlent que 15 % du glucose au repos. Ceci est associé aux risques pour la santé liés à une position assise excessive .
Le soléaire est un muscle mineur du mollet qui ne pèse qu'un kilo, mais il possède un mécanisme intégré spécial, inconnu jusqu'à présent. Une nouvelle étude de l'Université de Houston a montré que lorsque ce muscle spécifique est activé avec précision, le métabolisme du glucose dans tout le corps est considérablement augmenté, entre 30 et 45 %. Cela se produit avec une dépense énergétique négligeable pour contracter réellement le soléaire.
L'exercice consiste en un simple soulèvement répétitif du talon tout en gardant la plante du pied sur le sol, ce qui peut être effectué en position assise sur le sol ou sur une chaise. Il a été surnommé le « pompe soléaire », qui déclenche l'utilisation d'un mélange de carburant jusqu'alors inconnu.
Fait intéressant, ce type de contraction du soléaire est désactivé lors de la marche ou de la course. En conséquence, la dépense énergétique musculaire des membres inférieurs a également été testée sur un tapis roulant.
Remarquablement, les pompes soléaires brûlaient plus de deux fois plus d’oxygène que la course à pied et dix fois plus que la marche. Les effets ont été observés chez les adultes âgés de 22 à 82 ans.
Ce qu’il faut retenir, c’est que la régulation métabolique systémique peut être grandement améliorée en activant un muscle mineur du mollet. Ces résultats de recherche révèlent un moyen largement accessible et pratique de contrer les risques sanitaires importants liés à une position assise prolongée, y compris pour les personnes qui font régulièrement de l'exercice.
Étude : Une méthode physiologique puissante pour amplifier et maintenir le métabolisme oxydatif du soléaire améliore la régulation du glucose et des lipides , Marc T. Hamiliton, et al.
Une nouvelle découverte accidentelle publiée dans Nature a révélé une nouvelle caractéristique majeure de la neuroplasticité dans le cerveau des mammifères adultes.
Une équipe de neuroscientifiques du MTI étudiait le cerveau de souris pour montrer comment les dendrites neuronales traitent les entrées synaptiques de différentes manières, en fonction de leur emplacement. Comme cela nécessite des techniques à très haute résolution, ils ont accidentellement découvert une abondance de synapses microscopiques silencieuses , appelées filopodes , à l'extrémité des dendrites.
Le chercheur principal a commenté :
« 𝙏𝙝𝙚 𝙛𝙞𝙧𝙨𝙩 𝙩𝙝𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙚 𝙨𝙖𝙬, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙖𝙨 𝙨𝙪 𝙥𝙚𝙧 𝙗𝙞𝙯𝙖𝙧𝙧𝙚 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙚 𝙙𝙞𝙙𝙣'𝙩 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙘𝙩 𝙬𝙖𝙨, 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙫𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙚𝙫𝙚𝙧𝙮𝙬𝙝𝙚 𝙧𝙚.
Les synapses sont les mécanismes neuronaux qui permettent au cerveau de se connecter de manière flexible dans des configurations presque infinies. Cependant, les synapses déjà fonctionnellement câblées nécessitent un seuil de stimulation élevé afin de se découpler et de se recâbler.
Les synapses silencieuses ont un seuil très bas et sont essentiellement prêtes à se connecter à d’autres neurones. Même si on pensait auparavant que les filopodes n’existaient que dans les très jeunes cerveaux. Cela a laissé de nombreuses questions sur les mécanismes par lesquels les cerveaux adultes sont encore capables de niveaux élevés de neuroplasicité.
Les filopodes adultes se sont également révélés très sensibles à la plasticité hebbienne , où un neurone peut influencer directement la plasticité synaptique d'un autre.
Cette découverte offre une nouvelle compréhension de la manière dont la connectivité fonctionnelle peut être pilotée par ce nouveau mécanisme, permettant un contrôle flexible du câblage synaptique qui élargit les capacités d'apprentissage du cerveau mature.
Il explique également comment de nouveaux souvenirs peuvent se former.
«𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚 𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙡𝙤𝙤𝙠𝙞𝙣𝙜 𝙛𝙤𝙧 𝙣𝙚𝙬 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨, 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙝𝙚𝙣 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙢𝙚𝙬 𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧 𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙫 »
L’un des principaux enseignements de cette recherche est que nos cerveaux sont préparés neuroanotomiquement de manière à rester hautement adaptatifs tout au long de l’âge adulte, potentiellement prêts à subir des changements transformateurs.
Étude : Les filopodes sont un substrat structurel pour les synapses silencieuses dans le néocortex adulte , Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung et Mark T. Harnett
La stimulation transcrânienne par courant continu (tDCS) consiste à appliquer une faible stimulation électrique au cuir chevelu pour potentiellement augmenter l'activité cérébrale, également connue moins scientifiquement sous le nom de « zapping cérébral ». Cela existe depuis un certain temps, par exemple la DARPA a fait des recherches à ce sujet il y a une dizaine d'années. La plupart des recherches se sont concentrées sur des populations en bonne santé ou très performantes, mais peu de preuves convaincantes ont fait surface.
Une étude qui vient d'être publiée suggère que les avantages de cette méthode pourraient en réalité être spécifiques aux personnes âgées ayant des problèmes de mémoire.
Les chercheurs ont évalué les effets de l’entraînement de la mémoire dans le cadre d’une évaluation composite globale de la capacité de mémoire de travail, comparant les personnes âgées aux personnes âgées ayant des problèmes de mémoire.
Ils ont constaté que, alors que tous les individus amélioraient leurs performances pendant l'entraînement, le tDCS avec entraînement de la mémoire de travail bénéficiait de manière sélective aux personnes âgées (OO) ayant une capacité de mémoire de travail inférieure.
Fait intéressant, ils ont également constaté que les performances avec la stimulation tDCS étaient moins bonnes chez les adultes plus jeunes, qui présentaient en fait des scores de mémoire de travail significativement plus élevés avec une stimulation fictive.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires, mais il s’agit peut-être d’une preuve rare que les bénéfices de la neurostimulation ou de la neuromodulation peuvent être hautement spécifiques sur le plan neurologique.
En outre, une technique de stimulation électrique similaire appelée stimulation transcrânienne par courant alternatif (tACS) utilisant des courants électriques alternatifs de faible niveau pour déclencher une activité cérébrale accrue a montré pour la première fois qu'elle pouvait déclencher des changements significatifs dans la cognition.
Dans une étude publiée dans Nature, 150 personnes âgées de 65 à 88 ans ont effectué une tâche de rappel de liste de mots d'une durée de 20 minutes tout en se faisant zapper le cerveau. Cela a été répété sur 4 jours.
Contrairement à la stimulation fictive, les résultats ont montré que les performances de la mémoire se sont améliorées au cours des quatre jours et que ces gains ont persisté même un mois plus tard.
De manière peut-être plus convaincante, lorsque les régions du cortex préfrontal associées à la mémoire à long terme étaient ciblées pour la stimulation, les performances s'amélioraient lors du rappel des mots au début de la liste. Lorsque les régions du lobe pariétal impliquées dans la mémoire de travail étaient ciblées, le rappel était amélioré pour les mots proches de la fin de la liste.
Les résultats sont bien plus convaincants que d’autres études dans ce domaine. Cela peut être dû au fait que le zapping s'est déroulé sur plusieurs jours au lieu d'une seule séance. Quoi qu’il en soit, il semble désormais que le tACS puisse jouer un rôle positif dans l’amélioration des fonctions cérébrales.
Étude 1 : Les personnes âgées ayant une capacité de mémoire de travail inférieure bénéficient de la stimulation transcrânienne par courant continu lorsqu'elle est combinée à un entraînement de la mémoire de travail , Sara Assecondi et al.
Étude 2 : Amélioration durable et dissociable de la mémoire de travail et de la mémoire à long terme chez les personnes âgées atteintes de neuromodulation répétitive , Shey Grover, et al.
Bien qu'il y ait eu de nombreux débats scientifiques sur les applications efficaces de l'entraînement cérébral, de nouvelles recherches ont clairement démontré qu'une intervention d'entraînement cognitif de 4 semaines peut améliorer considérablement l'état d'esprit de croissance chez les enfants de 7 à 10 ans.
L'état d'esprit de croissance est basé sur la conviction que l'intelligence d'une personne peut changer avec un effort associé à : -
- désir accru d'apprendre
- une vision positive de l'effort
- volonté de relever des défis
En plus d'utiliser des évaluations pré et post de l'état d'esprit de croissance, des analyses IRMf détaillées ont été réalisées avant et après la formation. Parallèlement au transfert direct dans les évaluations, les analyses ont révélé des changements neurologiques positifs dans plusieurs régions cérébrales cruciales pour le contrôle cognitif, la motivation et la mémoire.
La plasticité des circuits cortico-striataux est apparue comme un puissant indicateur des enfants qui ont bénéficié le plus de l'entraînement.
Les mesures de l’état d’esprit de croissance avant la formation étaient également associées à des compétences mathématiques plus élevées après la formation, ce qui suggère que des niveaux plus élevés d’état d’esprit de croissance conduisaient à de meilleures performances en mathématiques avec la formation. Pourtant, il est intéressant de noter que les enfants ayant de faibles compétences en mathématiques avant la formation montrent de plus grands gains en termes d’état d’esprit de croissance en réponse à la formation.
Étant donné que les influences positives sur l'état d'esprit de croissance à un jeune âge peuvent influencer considérablement la trajectoire de développement d'un enfant, les résultats montrent que les interventions d'entraînement cognitif ont le potentiel d'améliorer les résultats globaux de la vie.
Étude : L'entraînement cognitif améliore l'état d'esprit de croissance chez les enfants grâce à la plasticité des circuits cortico-striataux , Lang Chen et al.
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