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Les neurosciences ne sont pas seulement l’un des domaines scientifiques qui progressent le plus rapidement, elles sont également l’un des plus diversifiés. En 2023, la recherche s’est accélérée dans de nombreux domaines fascinants et dans un large éventail de disciplines. Voici quelques avancées majeures qui promettent de façonner notre compréhension du cerveau humain et du monde avec lequel nous l’utilisons pour interagir.
Traditionnellement, nous considérons l’activité électrique du cerveau comme en aval des neurones qui les produisent via le déclenchement des signaux. Cependant, un nouvel article de John Hopkins et des neuroscientifiques du MIT propose une théorie selon laquelle ces signaux électriques peuvent en réalité restructurer le cerveau jusqu'au niveau sous-cellulaire.
Surnommée « couplage cytoélectrique », la théorie propose que les champs électriques du cerveau, créés par l'activité du réseau neuronal, puissent influencer la configuration physique des composants sous-cellulaires des neurones afin d'optimiser la stabilité et l'efficacité du réseau.
Cela s'appuie sur des études antérieures qui ont montré comment l'activité électrique rythmique ou « ondes cérébrales » dans les réseaux neuronaux, ainsi que l'influence des champs électriques au niveau moléculaire, peuvent coordonner et ajuster les fonctions du cerveau.
Ce type de neuroplasticité induite électriquement au niveau des microtubules et des molécules offre une autre voie pour comprendre pourquoi la cognition humaine est si incroyablement flexible.
Les mécanismes décrits pour y parvenir comprennent l'électrodiffusion, la mécanotransduction et les échanges entre l'énergie électrique, potentielle et chimique.
Comme l'a résumé le chercheur principal : « 𝙬𝙤𝙧𝙡𝙙, 𝙞𝙩𝙨 𝙥𝙧𝙤𝙩𝙚𝙞𝙣𝙨 𝙖𝙣𝙙 𝙢𝙤𝙡𝙚𝙘𝙪𝙡𝙚𝙨 𝙘 𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚 𝙩𝙤𝙤. 𝙏𝙝𝙚𝙮 𝙘𝙖𝙣 𝙝𝙖𝙫𝙚 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙘𝙝𝙖𝙧𝙜𝙚𝙨 𝙖𝙡 𝙣𝙚𝙚𝙙 𝙩𝙤 𝙘𝙖𝙩𝙘𝙝 𝙪𝙥 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙦 𝙧𝙤𝙘𝙚𝙨𝙨, 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚, 𝙖𝙣𝙙 𝙩𝙧𝙖𝙣𝙨𝙢𝙞𝙩 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙩 𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙪𝙨𝙞𝙣𝙜 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙨𝙞𝙜𝙣𝙖𝙡𝙨. 𝙄𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙩𝙝𝙚 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨' 𝙚𝙡𝙚𝙘 »
Plus tôt cette année, il a été découvert que l’intrication quantique était liée à une cognition d’ordre supérieur, et il semble que ces types de nouveaux paradigmes qui vont au-delà du niveau des neurones pourraient être essentiels pour faire progresser les neurosciences vers le niveau supérieur.
Un article publié dans Nature Nanotechnology suggère un nouveau paradigme de traitement de la santé via la manipulation du tunnelage biologique quantique dans les cellules cérébrales pour traiter le cancer du glioblastome.
Les chercheurs ont développé leur technique sur la base de preuves antérieures selon lesquelles les événements de mécanique quantique jouent un rôle crucial dans des processus biologiques spécifiques qui sont à la base du fonctionnement des organismes. La méthode consiste à administrer des nanoélectrodes bipolaires en or (appelées bio-nanoantennes) pulvérisées sur une section de traitement chirurgical.
Un champ électrique précis est ensuite appliqué qui cible et stimule spécifiquement les champs électriques des cellules tumorales individuelles. Cela provoque le transfert d'un seul électron via la manipulation du tunnel électronique, ce qui modifie l'état protéique de la cellule - un phénomène connu sous le nom de transfert biologique quantique d'électrons (QBET).
Cela signale à son tour aux cellules cancéreuses d’activer la mort cellulaire programmée (apoptose). Les cellules cérébrales normales sont insensibles à la stimulation électrique, tandis que les cellules tumorales sont extrêmement sensibles (ce qui, selon les chercheurs, est dû à leur expression altérée des voies génétiques).
En fait, cela représente un outil de communication électro-moléculaire sans fil qui facilite la destruction des cellules cancéreuses. L’approche est peu invasive par rapport à la chirurgie traditionnelle et peut être utilisée lorsque la chirurgie n’est pas une option en raison d’une trop grande prolifération des cellules tumorales parmi les cellules saines.
Les chercheurs proposent que différents aspects des fréquences électriques et de la tension de stimulation permettront de cibler différents types de cellules cancéreuses.
Bien que la méthode d'administration des bio-nanoantennes pour faciliter la stimulation électrique puisse présenter certaines limites, cette recherche semble être la première démonstration d'une thérapie médicale quantique qui exploite les changements dans la biologie des cellules à un niveau quantique.
Même si cela n’en est qu’à ses débuts, l’auteur de l’étude, Frankie Rawson, a résumé l’importance plus large des résultats.
«𝑨𝒔 𝒕𝒉𝒆 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕-𝒆𝒗𝒆𝒓 𝒑𝒐𝒔𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆 𝒄𝒂𝒏𝒄𝒆𝒓 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒐 𝒉𝒂𝒓𝒏𝒆𝒔𝒔 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒎𝒆𝒄𝒉𝒂𝒏𝒊𝒄𝒂𝒍 𝒆𝒇𝒇𝒆𝒄𝒕𝒔, 𝒕𝒉𝒊𝒔 𝒎𝒂𝒚 𝒓𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒉𝒆 𝒘𝒐𝒓𝒍𝒅'𝒔 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒕𝒉𝒆𝒓𝒂𝒑𝒚, 𝒖𝒔𝒉𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝒊𝒏 𝒂 𝒏𝒆𝒘 𝒐𝒇 𝒐𝒇 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒕𝒉𝒆𝒓𝒂𝒑𝒚 𝒖𝒔𝒉𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝒊𝒏 𝒏𝒆𝒘 𝒐𝒇 𝒐𝒇 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔
𝗪𝗶𝗿𝗲𝗹𝗲𝘀𝘀 𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰𝗮𝗹 - 𝗺𝗼𝗹𝗲𝗰𝘂𝗹𝗮𝗿 𝗾𝘂𝗮𝗻𝘁𝘂𝗺 𝘀𝗶𝗴𝗻𝗮𝗹𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗳𝗼𝗿 𝗰𝗮𝗻𝗰𝗲𝗿 𝗰𝗲𝗹𝗹 𝗮𝗽𝗼𝗽𝘁𝗼𝘀𝗶𝘀 𝗮𝗽𝗼𝗽𝘁𝗼𝘀𝗶𝘀
Une nouvelle étude explorant les bénéfices potentiels de la stimulation cognitive via le sens de l'odorat révèle des résultats prometteurs sur les bénéfices fonctionnels du cerveau en vieillissant - pendant le sommeil !
L’objectif principal de l’étude était de déterminer si l’enrichissement olfactif pouvait avoir un impact positif sur la fonction cognitive chez les personnes âgées en bonne santé. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que l’accès unique de l’olfaction aux régions du cerveau liées à la mémoire pourrait normaliser des circuits de mémoire spécifiques, bénéficiant potentiellement aux capacités cognitives.
Même si les participants n’ont été exposés qu’à une variété limitée d’odeurs au cours des séances nocturnes, l’étude a donné des résultats convaincants. Les participants enrichis ont présenté une amélioration de 226 % de leurs performances au test d'apprentissage verbal auditif Rey (par rapport à un groupe témoin), qui évalue l'apprentissage verbal et les capacités liées à la mémoire.
Plus spécifiquement, les analyses fRMI pré-post DTI ont révélé des modifications structurelles dans le cerveau, y compris des changements positifs dans la région du fascicule unciné, qui se détériore généralement avec le vieillissement et les conditions neurodégénératives.
L'étude a également révélé que les participants âgés de 60 à 72 ans stimulés par l'odorat ont connu des améliorations cognitives plus prononcées que leurs homologues plus âgés, ce qui suggère que les bénéfices liés au vieillissement pourraient être mieux obtenus de manière proactive.
L’essentiel à retenir est qu’il pourrait être possible d’améliorer de manière sûre et accessible la santé cérébrale et le fonctionnement cognitif d’une manière adaptée aux populations vieillissantes, en tirant parti de la stimulation sensorielle passive.
La stimulation cérébrale profonde s'est révélée très prometteuse sur le plan thérapeutique, mais les obstacles importants incluent la nature invasive des électrodes implantées, ainsi que leur manque de précision sur les neurones qu'elles excitent. Une avancée majeure a été publiée dans Cell Reports, avec l’ingénierie de fils stim-nanoélectroniques ultraflexibles (StimNET).
Ce nouveau type d’électrodes est d’un ordre de grandeur plus petit que les implants traditionnels et, par conséquent, beaucoup plus précis. L'article montre des preuves expérimentales chez le rat et des essais humains de première étape selon lesquels les StimNET possèdent plusieurs avantages clés.
• Électrode ultraflexible capable d'une stimulation chronique précise
• Activation neuronale spatialement sélective à des courants ultra faibles
• Détectabilité comportementale stable pendant plus de 8 mois
• Interface tissu-électrode intacte, sans dégénérescence neuronale
En particulier, plutôt que d’activer de grands groupes de neurones, les StimNET peuvent stimuler sélectivement des neurones individuels. C'est un peu comme devoir transmettre un message à une personne dans une pièce bondée et pouvoir le faire via un appel téléphonique au lieu d'un haut-parleur.
En plus d’être très prometteuse pour rendre pratique la stimulation cérébrale profonde, la précision sélective de cette neurotechnologie permettra aux chercheurs d’apprendre beaucoup plus précisément quels types de stimulation électrique sont utiles pour des conditions neurologiques spécifiques.
, 𝗼𝗻𝗶𝗰𝗮𝗹𝗹𝘆 𝘀𝘁𝗮𝗯𝗹𝗲 𝗶𝗻𝘁𝗿𝗮𝗰𝗼𝗿𝘁𝗶𝗰𝗮𝗹 𝗿𝗼𝘀𝘁𝗶𝗺𝘂𝗹𝗮𝘁𝗶𝗼𝗻 𝗯𝘆 𝘂𝗹𝘁𝗿𝗮𝗳𝗹𝗲𝘅𝗶𝗯𝗹𝗲 𝗲𝗰𝘁𝗿𝗼𝗱𝗲𝘀
Dans le cadre d'une percée neuroscientifique connexe réalisée en 2023, la stimulation cérébrale profonde a pour la première fois démontré des effets prometteurs pour atténuer les symptômes de la maladie d'Alzheimer. Pour être efficace, une précision extrême dans le placement des électrodes est nécessaire, et il est difficile de savoir exactement sur quelles zones du cerveau concentrer la stimulation en cas de différentes maladies cérébrales.
Des filiales de recherche de la Harvard Medical School spécialisées dans l’analyse d’images de résonance magnétique à haute résolution du cerveau ont combiné leur approche avec des modèles informatiques qui ont réussi à identifier des emplacements optimaux précis pour la stimulation. Ce « point idéal » précis entre les régions de mémoire qui se croisent a permis aux participants de bénéficier d'une réduction considérable des symptômes.
D'autres études cliniques sont nécessaires avant que le DBS puisse être approuvé pour le traitement, mais les données accessibles au public dans l'étude permettent désormais aux chercheurs de placer des électrodes avec précision dans les études neurochirurgicales testant le DBS chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer.
Une équipe de scientifiques médicaux militaires en Chine a rapporté les résultats de l'utilisation réussie de CRISPR/Cas9 pour insérer un gène provenant de tardigrades dans des cellules souches embryonnaires humaines, augmentant ainsi considérablement leur résistance aux radiations.
Le tardigrade (AKA ours d’eau) mesure moins de 1 millimètre de long et est la créature la plus robuste sur Terre. Au fil des années de tests scientifiques, il a survécu à l’espace, à -200 degrés Celsius et plus d’une heure dans l’eau bouillante.
Les chercheurs ont rapporté que près de 90 % des cellules embryonnaires humaines ont survécu à une exposition mortelle aux rayons X. Les résultats sont très surprenants, étant donné que le mélange d’un écart génétique aussi important ne conduit généralement qu’à des mutations nuisibles et démontre potentiellement la puissance de CRISPR à aller au-delà des expériences génétiques traditionnelles.
Bien que techniquement légale grâce à l'utilisation de cellules souches créées artificiellement, la recherche est également très controversée : l'objectif à long terme est de développer des soldats ultra-résistants capables de survivre aux retombées nucléaires. L'un des futurs projets de l'équipe consiste à transformer les cellules infusées tardigrades en cellules productrices de sang, afin qu'elles puissent être insérées dans la moelle osseuse pour générer de nouvelles cellules résistantes aux radiations.
D'un autre côté, les gènes du tardigrade pourraient également apporter d'autres avantages aux humains, comme jouer un rôle protecteur dans l'ADN cellulaire contre le stress oxydatif, qui est au cœur du développement de nombreuses maladies, notamment le cancer, le vieillissement, le diabète, l'inflammation et La maladie de Parkinson.
Des scientifiques mettent de l'ADN tardigrade dans des cellules souches humaines
Une équipe de chercheurs de l’Université d’Osaka a développé une technique révolutionnaire capable de créer des images super-résolution de cellules et de tissus grâce à l’intelligence artificielle (IA). L’équipe a utilisé la diffusion stable pour analyser les scintigraphies cérébrales de sujets testés montrant jusqu’à 10 000 images à l’intérieur d’un appareil IRM.
La nouvelle méthode, appelée « Deep-Z », utilise des algorithmes d'apprentissage profond pour extraire des informations détaillées à partir d'images basse résolution, permettant ainsi la création d'images haute résolution avec des détails plus précis.
Cette technologie révolutionnaire a des implications importantes pour la recherche biomédicale, car elle permet aux scientifiques d’étudier les cellules et les tissus avec un niveau de détail sans précédent. L’équipe a testé sa méthode sur différents types de cellules et de tissus, notamment ceux du cerveau, de la rétine et des poumons, et a obtenu des résultats supérieurs aux techniques existantes.
L’un des aspects les plus intéressants de la méthode Deep-Z est son potentiel d’utilisation dans le diagnostic et le traitement médicaux. En produisant des images haute résolution des cellules et des tissus, les médecins pourraient potentiellement identifier les maladies à un stade précoce et élaborer des plans de traitement plus ciblés.
Ce cadre pourrait également être utilisé avec des appareils d'analyse cérébrale autres que l'IRM, tels que l'EEG, ou des technologies hyper-invasives comme les implants cerveau-ordinateur développés par Neuralink .
Dans l’ensemble, la technique Deep-Z constitue une avancée significative dans le domaine de l’imagerie biomédicale et a le potentiel de révolutionner la recherche et les traitements médicaux.
Cette année, une équipe de biologistes et d’informaticiens a développé des machines biologiques d’auto-guérison mesurant moins de 1 mm, fabriquées à partir de cellules de grenouille. Ces machines sont baptisées « Xenobots », inspirées de la minuscule grenouille africaine à griffes, suffisamment petite pour voyager à l'intérieur du corps humain.
La technique consiste à gratter puis à incuber des cellules souches vivantes provenant d’embryons de grenouille, puis à les remodeler en formes corporelles spécifiques conçues par l’intelligence artificielle. La différenciation cellulaire conduit à la formation de coelia, des projections de cheveux qui sont utilisées comme des jambes pour fournir une méthode de locomotion biologiquement nouvelle.
Il est encore tôt, mais les Xenobots sont le premier robot vivant au monde également programmable. Les progrès récents ont également consisté à pouvoir les reproduire pour rendre le processus plus évolutif.
Certaines des applications attendues des Xenobots incluent l'administration de médicaments hautement spécifiques et précis, le traitement de maladies localisées telles que l'élimination de tumeurs cancéreuses, et même un moyen évolutif pour nettoyer les mers mondiales de plastiques et de particules synthétiques.
Pour une analyse plus approfondie, voici une explication vidéo de Sam Kriegman, un chercheur postdoctoral développant un logiciel d'IA pour guider les comportements des Xenobots.
Ces dernières années, la communauté scientifique est de plus en plus attirée par le potentiel thérapeutique des substances psychédéliques. Parmi celles-ci, la MDMA (3,4-méthylènedioxyméthamphétamine), communément appelée ecstasy, s'est imposée comme un candidat prometteur pour le traitement du trouble de stress post-traumatique (SSPT). Dans une étude clinique révolutionnaire publiée dans Nature Medicine, des chercheurs ont dévoilé des preuves convaincantes suggérant que la psychothérapie assistée par la MDMA pourrait changer la donne dans le domaine du traitement du SSPT.
L’essai clinique de phase 3 consistait à donner aux patients atteints d’un SSPT résistant au traitement des mois de psychothérapie traditionnelle assistée par des doses modérées de MDMA. La MDMA a plus que doublé l'efficacité des traitements de psychothérapie, la majorité des patients n'ayant plus de symptômes et montrant une amélioration continue de leur bien-être dans le suivi de l'étude.
Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que les altérations des fonctions cognitives liées à la MDMA ont considérablement amélioré les bénéfices de la thérapie psychologique, à la fois en termes de réactivité et d’effets positifs durables.
La psychophysique est un domaine des neurosciences consacré à la compréhension de la manière dont le cerveau humain traite sa réalité sensorielle. Deux des découvertes les plus importantes et les plus surprenantes de 2023 ont été réalisées grâce à des expériences de réalité virtuelle (VR).
La première étude a découvert un nouveau phénomène expérientiel nommé « l'illusion du toucher fantôme ». Cela utilisait de simples représentations d'avatar de personnes en VR, puis demandait aux participants de toucher différentes parties du corps de leur avatar avec un bâton virtuel. Dans l’expérience, les participants n’ont été touchés sur aucune partie de leur corps physique, mais presque tous ont signalé de fortes sensations tactiles correspondant à l’endroit où ils ont touché leur avatar. Les effets étaient suffisamment forts pour que certaines personnes participant à l’étude pensaient que les chercheurs essayaient de les tromper et utilisaient en réalité une forme de véritable stimulation tactile.
Le plus frappant est que les sensations se produisaient lorsque les sujets touchaient des parties des membres de leur avatar, même s'ils ne pouvaient pas réellement les voir en réalité virtuelle. Cela suggère que la représentation de son corps est définie de haut en bas, s'étendant au-delà des informations sensorielles disponibles.
La deuxième étude menée par des psychophysiciens suédois a mené des expériences de réalité virtuelle démontrant que, même avec des signaux sensoriels minimes, notre esprit peut s'approprier un corps différent.
En utilisant la réalité virtuelle, ils ont manipulé la perspective visuelle des participants à l'étude pour qu'elle soit celle d'une autre personne ou d'un faux corps. Cela a été réalisé en synchronisation avec des signaux multisensoriels corrélés. L'expérience a suffi à déclencher l'illusion que le corps d'une autre personne, ou un corps artificiel, était le corps réel des participants.
Dans les propres mots des chercheurs, '' 𝗧𝗵𝗶𝘀 𝗲𝗳𝗳𝗲𝗰𝘁 𝘄𝗮𝘀 𝘀𝗼 𝘀𝘁𝗿𝗼𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗲𝗼𝗽𝗹𝗲 𝗰𝗼𝘂𝗹𝗱 𝗲𝘅𝗽𝗲𝗿𝗶𝗲𝗻𝗰𝗲 𝗯𝗲𝗶𝗻𝗴 𝗶𝗻 𝗮𝗻𝗼𝘁𝗵𝗲𝗿 𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝘄𝗵𝗲𝗻 𝗳𝗮𝗰𝗶𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗲𝗶𝗿 𝗼𝘄𝗻 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝗮𝗻𝗱 𝘀𝗵𝗮𝗸𝗶𝗻𝗴 𝗵𝗮𝗻𝗱𝘀 𝘄𝗶𝘁𝗵 𝘄𝗶𝘁𝗵 𝗶𝘁. 𝗢𝘂𝗿 𝗿𝗲𝘀𝘂𝗹𝘁𝘀 𝗮𝗿𝗲 𝗼𝗳 𝗳𝘂𝗻𝗱𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗮𝗹 𝗶𝗺𝗽𝗼𝗿𝘁𝗮𝗻𝗰𝗲 𝗯𝗲𝗰𝗮𝘂𝘀𝗲 𝘁𝗵𝗲𝘆 𝗶𝗱𝗲𝗻𝘁𝗶𝗳𝘆 𝘁𝗵𝗲 𝗽𝗲𝗿𝗰𝗲𝗽𝘁𝘂𝗮𝗹 𝗽𝗿𝗼𝗰𝗲𝘀𝘀𝗲𝘀 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗿𝗼𝗱𝘂𝗰𝗲 𝘁𝗵𝗲 𝗳𝗲𝗲𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗼𝗳 𝗼𝘄𝗻𝗲𝗿𝘀𝗵𝗶𝗽 𝗼𝗳 𝗼𝗻𝗲'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆. ''
Ces effets ont été confirmés à la fois par des rapports subjectifs structurés et par une analyse biométrique détaillée.
Si j'étais vous : illusion perceptuelle d'échange de corps
Ensemble, ces découvertes constituent des informations scientifiques précieuses sur la façon dont notre cerveau donne un sens à nos mondes, mais elles ont également de grandes implications pour l'industrie du divertissement VR en croissance rapide, promettant de nouvelles façons de réaliser des expériences immersives de niveau supérieur.
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Voici quelques découvertes fascinantes en neurosciences sur le cerveau humain que vous ne connaissez peut-être pas.
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