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Bien que la recherche en neurosciences ait connu un essor considérable ces dix dernières années, l'année 2022 s'est révélée exceptionnelle, marquée par certaines des plus importantes avancées dans ce domaine depuis des années. Voici sept découvertes qui illustrent le potentiel des neurosciences pour transformer nos vies et même notre conception de la vie.
Ces signatures EEG, semblables aux battements cardiaques, constituent la première preuve indirecte que le cerveau humain utilise l'informatique quantique. Les potentiels évoqués par l'EEG ont été détectés grâce à une technique d'IRM spécifique conçue pour rechercher les spins intriqués du cerveau humain.
Actuellement, leur présence ne peut s'expliquer que par l'intrication quantique des spins des protons nucléaires dans le cerveau. Le physicien à l'origine de cette découverte a résumé :
"Nous sommes à l'origine d'une interdiction, nous sommes prêts à tout pour que les interdictions soient respectées 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 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢, 𝙩𝙤𝙤.''
Dans ce cas précis, le système connu était l'eau cérébrale (liquide céphalo-rachidien), et le système inconnu était le cerveau.
De plus, les niveaux d'enchevêtrement étaient 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 supérieures.
Les processus quantiques sont bien établis en biologie non humaine. Par exemple, sans l'effet tunnel quantique, la photosynthèse, et par conséquent la majeure partie de la vie sur Terre, n'auraient peut-être jamais vu le jour.
Cette étude n'est pas non plus la première preuve de l'existence d'une biologie quantique humaine.
Les cryptochromes présents dans l'œil des oiseaux, qui exploitent l'intrication quantique à l'état triplet, sont reconnus comme un mécanisme leur permettant de lire le champ magnétique terrestre comme une carte. L'œil humain possède également des cryptochromes, mais ceux-ci se sont désactivés au cours de l'évolution.
Les résultats de cette étude pourraient marquer le début d'un changement de paradigme en neurosciences, et révéler des pistes essentielles pour faire évoluer l'informatique quantique basée sur les machines et l'intelligence artificielle générale.
Étude : Indications expérimentales de fonctions cérébrales non classiques, Christian Matthias Kerskens et David López Pérez.
Pour la première fois de l'histoire, des animaux pourraient acquérir certains aspects de l'intelligence humaine grâce à des transplantations cérébrales intégratives.
Les organoïdes (ou assembloïdes) sont des amas fonctionnels de neurones cultivés in vitro, généralement à partir de cellules souches cutanées. Ces formations cérébrales vivantes relativement complexes, d'origine animale ou humaine, servent à étudier la mécanique neuronale en laboratoire, indépendamment du cerveau lui-même.
Cependant, leur intérêt pour la recherche est fortement limité par la taille et la complexité qu'ils peuvent atteindre. Pour pallier ce problème, une nouvelle approche, publiée dans la revue Nature, consiste à transplanter des organoïdes de cortex humain dans des cerveaux de rats vivants (voir image ci-dessus).
Six mois après l'intégration, les neurones humains ont atteint un nouveau stade de maturation, leur taille étant six fois supérieure à celle observée in vitro. Leur activité imitait mieux certains comportements complexes observés dans le cerveau humain.
Dans une expérience de suivi, les chercheurs ont spécifiquement activé les neurones humains génétiquement modifiés à l'aide de l'optogénétiqueet ont réussi à influencer la fréquence à laquelle les rats recherchaient une récompense.
Bien que fascinant, ce nouveau domaine de la recherche biologique, voire la biologie elle-même, peut s'avérer complexe sur le plan éthique, notamment en ce qui concerne la classification d'un tel organisme hybride.
Étude : Maturation et intégration des circuits d’organoïdes corticaux humains transplantés, Omer Revah et al.
Cette vidéo est bien plus qu'il n'y paraît : il s'agit en réalité 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 les plus dynamiques. Ces recherches explorent une voie différente, mais tout aussi fascinante, en synthétisant un mélange d'organoïdes humains et de rongeurs à l'aide de puces informatiques.
Baptisée « intelligence biologique synthétique » (IBS), son objectif est de fusionner de manière synergique ces formes d'intelligence autrefois divergentes.
Les chercheurs ont notamment cherché à exploiter la puissance de la complexité du troisième ordre présente dans les organoïdes, une prouesse jusqu'alors impossible à réaliser en informatique traditionnelle. Ils ont également cherché à formaliser la notion de conscience dans les cultures neuronales, démontrant ainsi concrètement l'apprentissage par rétroaction sensorielle.
Dans cette étude, des organoïdes in vitro ont été intégrés à un système de calcul in silico grâce à un réseau multiélectrodes haute densité. Utilisant une boucle de rétroaction structurée par stimulation électrophysiologique, l'expérience, baptisée « BrainDish », a été intégrée à une simulation du célèbre jeu vidéo Pong.
La capacité des neurones en assemblées à répondre de manière adaptative aux stimuli externes est à la base de tout apprentissage animal. Bien que cette expérience initiale soit une simulation très rudimentaire, elle a démontré un comportement intelligent et sensible dans un monde de jeu simulé, grâce à un comportement orienté vers un but.
Cette approche offre une nouvelle voie de recherche prometteuse pour étayer 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 font preuve de sensibilité lorsqu'ils sont intégrés dans un monde de jeu simulé, Brett J. Kagan et al.
Des chercheurs ont fait une découverte potentiellement révolutionnaire pour la santé humaine en 2022. Les muscles représentent la plus grande masse maigre de notre corps, pourtant, en termes de métabolisme oxydatif global, ils ne brûlent que 15 % du glucose au repos. Ce phénomène est associé aux risques pour la santé liés à une position assise prolongée.
Le soléaire est un petit muscle du mollet pesant à peine un kilo, mais il possède un mécanisme interne particulier, jusqu'ici inconnu. Une nouvelle étude menée à l'Université de Houston a démontré que lorsque ce muscle est activé avec précision, le métabolisme du glucose dans l'organisme augmente considérablement, de l'ordre de 30 à 45 %. Ce phénomène se produit avec une dépense énergétique négligeable lors de la contraction du soléaire.
Cet exercice consiste en de simples levées de talon répétées, en gardant l'avant-pied au sol. Il peut être réalisé assis par terre ou sur une chaise. Surnommé «pompe du soléaire», il activerait un complexe énergétique jusqu'alors inconnu.
Il est intéressant de noter que ce type de contraction du soléaire est désactivé lors de la marche ou de la course. Par conséquent, la dépense énergétique musculaire des membres inférieurs a également été mesurée sur tapis roulant.
Étonnamment, les pompes sollicitant les muscles du soléaire ont permis de brûler plus de deux fois plus d'oxygène que la course à pied, et dix fois plus que la marche. Ces effets ont été observés chez des adultes âgés de 22 à 82 ans.
En résumé, la régulation métabolique systémique peut être grandement améliorée par l'activation d'un petit muscle du mollet. Ces résultats de recherche révèlent une méthode accessible et pratique pour contrer les risques importants pour la santé liés à une position assise prolongée, y compris chez 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. Hamilton, et al.
Une découverte fortuite publiée dans la revue Nature a révélé une nouvelle caractéristique majeure de la neuroplasticité dans le cerveau des mammifères adultes.
Une équipe de neuroscientifiques de l'Institut Max Planck d'informatique (MTI) étudiait le cerveau de souris afin de démontrer comment les dendrites neuronales traitent les entrées synaptiques différemment selon leur localisation. Comme cela exige des techniques à très haute résolution, ils ont découvert fortuitement 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 𝙨𝙪𝙥𝙚𝙧 𝙗𝙞𝙯𝙖𝙧𝙧𝙚 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙚 𝙙𝙞𝙙𝙣'𝙩 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙘𝙩, 𝙬𝙖𝙨 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙬𝙚𝙧𝙚 𝙛𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙚𝙫𝙚𝙧𝙮𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚.”
Les synapses sont les mécanismes neuronaux qui permettent au cerveau de se câbler de manière flexible, selon des configurations quasi infinies. Cependant, les synapses déjà fonctionnelles nécessitent un seuil de stimulation élevé pour se découpler et se reconnecter.
Les synapses silencieuses ont un seuil d'activation très bas et sont prêtes à se connecter à d'autres neurones. On pensait auparavant que les filopodes n'existaient que dans les cerveaux très jeunes. Cela a soulevé de nombreuses questions quant aux mécanismes permettant aux cerveaux adultes de conserver une neuroplasie aussi importante.
Il a également été constaté que les filopodes adultes étaient 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 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙖𝙧𝙚 𝙝𝙖𝙧𝙙𝙚𝙧 𝙩𝙤 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚.”
L'un des principaux enseignements de cette recherche est que notre cerveau est neuroanatomiquement programmé de manière à rester hautement adaptable tout au long de l'âge adulte, potentiellement prêt à subir une transformation profonde.
Étude : Les filopodes constituent un substrat structurel pour les synapses silencieuses dans le néocortex adulte, Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung et Mark T. Harnett
La stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) consiste à appliquer une faible stimulation électrique au cuir chevelu afin de potentiellement accroître l'activité cérébrale, une technique parfois appelée « stimulation cérébrale ». Elle existe depuis un certain temps ; par exemple, la DARPA l'a étudiée il y a une dizaine d'années. La plupart des recherches se sont concentrées sur des populations saines ou très performantes, mais peu de preuves convaincantes ont été obtenues.
Une étude qui vient d'être publiée suggère que les bienfaits de cette méthode pourraient être spécifiques aux personnes âgées souffrant de troubles de la mémoire.
Les chercheurs ont évalué les effets de l'entraînement de la mémoire comme une évaluation composite globale de la capacité de la mémoire de travail, en comparant des adultes plus âgés à des adultes plus âgés présentant des problèmes de mémoire.
Ils ont constaté que, tandis que tous les individus amélioraient leurs performances pendant l'entraînement, la tDCS avec entraînement de la mémoire de travail bénéficiait sélectivement aux personnes âgées (OO) ayant une capacité de mémoire de travail plus faible.
Il est intéressant de noter qu'ils ont également constaté que les performances avec la stimulation tDCS étaient moins bonnes chez les personnes âgées plus jeunes, qui présentaient en fait des scores de mémoire de travail significativement plus élevés avec la stimulation factice.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires, mais il pourrait s'agir d'une preuve rare que les bénéfices de la neurostimulation ou de la neuromodulation peuvent être très spécifiques au niveau neurologique.
De plus, une technique de stimulation électrique similaire appelée stimulation transcrânienne par courant alternatif (tACS), utilisant des courants électriques alternatifs de faible intensité 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 un exercice de mémorisation d'une liste de mots pendant 20 minutes, tout en recevant des stimulations électriques cérébrales. L'expérience a été répétée pendant 4 jours.
Contrairement à la stimulation factice, les résultats ont montré que les performances de la mémoire s'amélioraient au cours des quatre jours et que ces gains persistaient même un mois plus tard.
De manière peut-être plus convaincante, la stimulation des régions du cortex préfrontal associées à la mémoire à long terme a amélioré les performances de rappel des mots en début de liste. En revanche, la stimulation des régions du lobe pariétal impliquées dans la mémoire de travail a permis d'améliorer le rappel des mots en fin de liste.
Les résultats sont bien plus convaincants que ceux d'autres études dans ce domaine. Cela pourrait s'expliquer par le fait que la stimulation électrique a été appliquée sur plusieurs jours et non en une seule séance. Quoi qu'il en soit, il semble désormais que la stimulation transcrânienne à courant alternatif (tACS) puisse contribuer positivement à l'amélioration des fonctions cérébrales.
Étude 1 : Les personnes âgées ayant une capacité de mémoire de travail plus faible bénéficient de la stimulation transcrânienne à 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 grâce à la neuromodulation répétitive, Shey Grover, et al.
Bien que l'efficacité des applications d'entraînement cérébral ait fait l'objet de nombreux débats scientifiques, de nouvelles recherches ont démontré de manière convaincante qu'une intervention d'entraînement cognitif de 4 semaines peut améliorer significativement l'état d'esprit de croissance chez les enfants de 7 à 10 ans.
L'état d'esprit de croissance repose sur la conviction que l'intelligence d'une personne peut évoluer grâce aux efforts associés à :
- un désir accru d'apprendre
- perceptions positives de l'effort
- la volonté de relever les défis
En plus des évaluations pré- et post-intervention portant sur l'état d'esprit de croissance, des IRMf détaillées ont été réalisées avant et après la formation. Parallèlement au transfert direct observé dans les évaluations, les IRMf ont révélé des changements neurologiques positifs dans plusieurs régions cérébrales essentielles au contrôle cognitif, à la motivation et à la mémoire.
La plasticité des circuits cortico-striataux s'est révélée être un facteur prédictif important des enfants qui ont le plus bénéficié de l'entraînement.
Les mesures de l'état d'esprit de croissance avant la formation étaient également associées à de meilleures compétences en mathématiques après la formation, ce qui suggère qu'un état d'esprit de croissance plus élevé conduit à de meilleures performances en mathématiques grâce à la formation. Il est toutefois intéressant de noter que les enfants ayant des compétences en mathématiques plus faibles avant la formation montrent des progrès plus importants en matière d'état d'esprit de croissance en réponse à la formation.
Étant donné que les influences positives sur l'état d'esprit de croissance dès le plus jeune âge peuvent avoir une influence considérable sur la trajectoire de développement d'un enfant, les résultats montrent que les interventions d'entraînement cognitif ont le potentiel d'améliorer les résultats globaux dans 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.
Bienvenue au service de recherche et de stratégie de [Nom de l'entreprise] dans le monde trépidant d'aujourd'hui.
Une discussion fondée sur des preuves pour déterminer si des activités comme les mots croisés et le Sudoku améliorent réellement la santé cérébrale, en clarifiant ce qu'elles favorisent, ce qu'elles ne favorisent pas et pourquoi leurs bienfaits sont souvent mal compris.
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