Le but était de réaliser une mosaïque représentantla Terrevue de l’espace.

Néjib Sassi

C’est une découverte très probablement majeure concernant le phénomène de la plasticité neuronale qui vient d’être récemment réalisée. Et pour cause, puisqu’une équipe de scientifiques, emmenée par le neuropsychologue Michael Fanselow de l’Université de Californie (Los Angeles, États-Unis) et le neurologue australien Bryce Vissel (Institut Garvan pour la recherche médicale de Sydney, Australie), a découvert que certaines zones du cortex préfrontal (situé à l’avant du crâne, le cortex préfrontal joue un rôle majeur dans le raisonnement et les comportements sociaux) sont capables de « prendre le relais » lorsque l’hippocampe, cette aire cérébrale centrale dans les processus d’apprentissage et de mémorisation, ne peut plus fonctionner normalement suite à une lésion.

Plus précisément, ces scientifiques ont découvert que lorsque l’hippocampe est lésé, des circuits neuronaux alternatifs voient le jour dans le cortex préfrontal afin de suppléer à l’incapacité de l’hippocampe à assurer sa mission. Un phénomène d’autant plus surprenant que le cortex préfrontal et l’hippocampe ne sont pas du tout des zones voisines.

La découverte d’une telle plasticité dans la création des circuits neuronaux laisse entrevoir la possibilité de mettre un jour au point de nouveaux traitements permettant de mieux traiter la maladie d’Alzheimer, ainsi que les dommages causés par les accidents vasculaires cérébraux (AVC).

Le résultat a été publié le 15 mai 2013  dans la revue américaine Proceedings of the National Academy of Sciences, sous le titre « Prefrontal microcircuit underlies contextual learning after hippocampal loss«

Pour parvenir à ce résultat, les neurologues américains et australiens ont étudié le comportement de rats ayant subi une lésion de l’hippocampe. Ils ont ainsi découvert que ces rats étaient bel et bien capables d’apprendre de nouvelles tâches, malgré les dysfonctionnements graves affectant leur hippocampe.

Ces travaux ont été menés suite à de précédentes expériences qui avaient montré que les régions du cortex préfrontal des malades d’Alzheimer étaient étonnamment actives. Un constat qui avait incité  les auteurs de l’étude à faire l’hypothèse que des « circuits de compensation » pouvaient se créer dans d’autres zones du cerveau, comme par exemple le cortex frontal, en cas de dysfonctionnement affectant les aires cérébrales associées à la mémoire et à l’apprentissage.

A l’évidence, cette découverte est extrêmement prometteuse. En effet, elle suggère qu’il pourrait être possible d’exploiter cette plasticité neuronale pour aider les malades d’Alzheimer à développer des capacités d’apprentissage et de mémorisation.

Plus encore, cette plasticité neuronale pourrait également être utilisée pour aider les personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral à récupérer leurs facultés de mémoire et d’apprentissage. En effet, il faut savoir que l’hippocampe, cette zone du cerveau en forme d’hippocampe qui joue un rôle central dans la formation des souvenirs, est particulièrement sensible aux dommages susceptibles d’être causés par un accident vasculaire cérébral.

Des ingénieurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, États-Unis) ont transformé des cellules bactériennes en calculateurs, capables de réaliser des opérations mathématiques telles que des additions, des divisions, des soustractions, des calculs de racines carrées ou encore de logarithmes.

Cette performance a été publiée le 15 mai 2013 dans la revue nature, sous le titre « Synthetic analog computation in living cells »

Pour obtenir ce résultat, les ingénieurs Rahul Sarpeshkar et Timothy Lu ont utilisé le matériel génétique existant de ces cellules, qu’ils ont modifié de façon à créer les circuits de calcul dont ils avaient besoin.

L’un des principaux atouts du procédé utilisé par ces scientifiques est qu’ils se sont appuyés sur les caractéristiques biochimiques déjà présentes à l’état naturel dans ces cellules.

Concrètement, comment ces cellules bactériennes parviennent-elles à effectuer des opérations mathématiques ? Pour comprendre, prenons l’exemple de l’addition. Pour obtenir des cellules bactériennes capables d’additionner deux valeurs, les scientifiques du MIT ont utilisé deux circuits, chaque circuit étant activé par une molécule spécifique.

Dans le premier circuit de calcul créé par les chercheurs, un sucre appelé arabinose active un gène codant pour la protéine GFP, une protéine vert fluorescente (GFP signifiant « Green Fluorescent Protein »). Dans le second circuit, une molécule appelée AHL active un gène produisant également la protéine GFP.

Résultat ? Pour calculer les valeurs entrées dans chacun des deux circuits, il suffit de mesurer la quantité de protéine GFP générée au final. Une addition a donc bel et bien été effectuée par la cellule…

Quelles pourraient être les applications de ces travaux ? L’aptitude à créer des cellules capables de réaliser des calculs pourrait notamment permettre de développer de nouvelles approches thérapeutiques. Par exemple, il pourrait être possible de concevoir des cellules capables de détecter des cellules tumorales, et de déclencher en retour une réponse moléculaire permettant de les supprimer (pour plus d’informations sur les applications possibles, lire l’article « Synthetic biology: advancing biological frontiers by building synthetic systems »  publié en 2012 dans la revue Genome Biology)

Un tel procédé a d’ailleurs d’ores et déjà été testé dans le cadre d’une expérience qui a fait l’objet d’une publication dans la revue Science en septembre 2011 : l’article, intitulé « Multi-input RNAi-based logic circuit for identification of specific cancer cells » , démontre en effet qu’il est possible de créer des cellules dotées de circuits logiques leur permettant de faire la différence entre des lignées de cellules saines et des lignées de cellules du cancer du col de l’utérus : lorsque ces cellules ainsi modifiées détectent des cellules tumorales, elles peuvent soit émettre une protéine qui va permettre d’avertir de de la présence de ces cellules tumorales (ce qui peut alors permettre de créer un dispositif de diagnostic), soit exprimer directement une protéine qui va détruire la cellule cancéreuse (mise en place d’un dispositif thérapeutique).

Evidemment, toutes ces expériences dites de bioingénierie , ou encore de biologie synthétique, ne sont pas sans risques. En effet, elles consistent à manipuler le vivant, de façon à lui faire adopter des comportements qu’il n’avait pas auparavant. Ce qui peut déboucher sur des conséquences qui n’étaient pas souhaitées à l’origine, comme par exemple la création d’agents pathogènes à des fins malveillantes (lire l’article « Innovation responsable » sur le site Biologie de synthèse (Ministère de l’Economie, des Finances et du Commerce extérieur).

C’est autour de l’étoile Gliese 667C, d’une masse équivalente à un tiers de celle de notre Soleil, que l’équipe a fait cette trouvaille, à l’aide de l’instrument HARPS équipant le télescope de 3,6 mètres de l’ESO au Chili, indique l’organisation dans un communiqué.

Le système de trois étoiles auquel appartient Gliese 667C est abondamment étudié par les scientifiques. Non seulement il est dans le voisinage immédiat de notre système solaire (22 années-lumière) mais il est aussi étonnamment similaire. Il représente donc un candidat de choix pour la recherche d’exoplanètes potentiellement habitables.

« Nous savions, d’après des études antérieures, que l’étoile [Gliese 667C] était entourée de trois planètes, nous voulions donc vérifier l’éventuelle existence d’autres planètes », explique Mikko Tuomi de l’université britannique de Hertfordshire. « En ajoutant de nouvelles observations et en revisitant les données existantes, nous avons été en mesure de confirmer l’existence de ces trois corps et d’en découvrir de nouveaux », ajoute-t-il.

« DES SUPER-TERRES ROCHEUSES »

Au total, les astronomes ont donc identifié au moins cinq planètes, deux autres demandant encore à être confirmées. Le système serait notamment composé de trois « super-Terres », plus massives que notre planète mais moins que les géantes Uranus ou Neptune, et « vraisemblablement rocheuses ».

Elles occupent en outre la zone habitable de l’étoile, une mince bande située autour de l’étoile et au sein de laquelle l’eau est susceptible d’être présente à l’état liquide si les conditions sont propices. Et par conséquent une éventuelle forme de vie.

« C’est la toute première fois que trois planètes de ce type ont été repérées dans cette zone d’un même système », souligne l’ESO. Un résultat très encourageant car « nous savons à présent qu’il nous suffit d’observer une seule étoile pour découvrir plusieurs planètes plutôt que d’observer dix étoiles à la recherche d’une seule planète potentiellement habitable », estime Rory Barnes (université de Washington, Etats-Unis), co-auteur de l’étude.

Les trois planètes habitables « ont sans doute toujours la même face orientée en direction de l’étoile, de sorte que la durée de leur jour égale celle de leur année, l’une des faces étant en permanence éclairée par le soleil et l’autre baignant dans la pénombre », précise le communiqué.

Financé par l’Union européenne (2,4 millions d’euros), le consortium Optix vient de mettre au point un prototype portable de laser faisant appel à une technologie optique de pointe qui permet de détecter des quantités de moins d’un milligramme d’explosif à vingt mètres de distance.

Présidé par la société Indra, le consortium Optix est composé d’entrepreneurs et de chercheurs de toute l’Europe : l’Agence suédoise de recherche pour la défense (FOI), des PME de Lituanie et des Pays-Bas, les universités techniques de Clausthal et de Dortmund (Allemagne), de Vienne (Autriche), l’université de Málaga (Espagne), et l’unité TEDAX de la Guardia Civil (service de déminage de la police espagnole).

«Le système a recours à une technologie optique avancée. Grâce aux lasers capables d’identifier précisément la structure atomique et moléculaire des explosifs, l’appareil peut rapidement scanner à distance l’objet en question, comme un véhicule, un bagage ou tout autre conteneur opaque, et y déceler des traces résiduelles».

Car il est «impossible de manipuler et de transporter des explosifs sans laisser de traces : les résidus adhèrent à la surface des objets utilisés pour le transport, collent aux mains des utilisateurs, se déposent sur tout ce que ces derniers touchent par la suite», précise le consortium dans son communiqué.

Le système emploie des méthodes et techniques bien connues des physiciens qui consistent en l’étude générale du spectre des rayonnements émis, absorbés ou diffusés par une substance : l’analyse spectroscopique. Celle-ci permet de relier la longueur d’onde du rayonnement émis ou absorbé aux propriétés de l’ensemble des atomes et molécules constituant la substance étudiée.

Ainsi le projet Optix repose sur la mise en œuvre complémentaire de deux types de spectroscopie appliqués à la détection des explosifs :

- La spectroscopie LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) est une spectroscopie d’émission atomique qui permet d’identifier le signal élémentaire émis par les atomes et les molécules après excitation par une impulsion laser.

- La spectroscopie Raman, qui mesure les variations vibrationnelles des molécules excitées par laser, afin d’en déterminer avec certitude la structure. Le principe de la spectroscopie Raman permet une analyse chimique très fine des objets situés sous un cache, et donc l’identification à distance de matières explosives placées dans des conteneurs opaques.

« Nous sommes maintenant prêts à voler à travers l’Amérique », a déclaré le co-fondateur du projet, André Borschberg, lors d’une conférence de presse à Mountain View (Californie, ouest) dans un hangar à côté du Solar Impulse.

Après plusieurs vols de préparation, Solar Impulse devrait quitter San Francisco pour New York le 1er mai, a précisé André Borschberg.

Cependant, la traversée se fera en cinq étapes pour des raisons de sécurité, a-t-il dit tout en soulignant que l’appareil peut techniquement faire ce vol sans escale mais qu’il ne peut y avoir qu’un seul pilote à bord.

Il faudrait au moins trois jours pour parcourir la distance à raison de 70 km/heure, la vitesse de croisière de l’avion de 1.600 kilos.

« Nous nous sommes limités à voler au maximum 24 heures » à chaque fois, a précisé André Borschberg, un des deux pilotes avec Bertrand Piccard, initiateur de ce projet et président de la firme.

La première étape sera Phoenix (Arizona), puis Dallas Fort Worth au Texas et ensuite soit Atlanta (Géorgie), Nashville (Tennessee) ou St Louis (Missouri), a-t-il dit.

La quatrième étape amènera Solar Impulse à l’aéroport de Dulles près de Washington DC à la mi-juin et New York à l’aéroport Kennedy au début juillet, la destination finale.

L’appareil restera entre une semaine et dix jours à chaque étape où le public, des écoliers et des étudiants pourront voir l’avion et poser des questions aux pilotes et aux autres participants au projet.

« Le public pourra suivre la mission, parler avec le pilote, poser des questions », a affirmé Bertrand Piccard.

Solar Impulse, un projet lancé il y a dix ans, avait fait son baptême de l’air en juin 2009.

En 2010, l’avion solaire dont l’envergure d’aile (63,40 m) est équivalente à celle d’un Boeing 747, avait effectué un vol sans escale de 26 heures pour démontrer sa capacité à accumuler suffisamment d’électricité durant le jour pour continuer à voler de nuit.

Un an après, il réalise son premier vol international entre la Belgique et la France et en juin 2012, le premier périple transcontinental de 2.500 km entre Madrid (Espagne) et Rabat au Maroc en 20 heures.

André Borschberg et Bertrand Piccard prévoient un tour du monde en 2015 avec une version améliorée de cet appareil.

La vie microbienne a pu exister dans le passé sur la planète Mars, selon une analyse des minéraux contenus dans le premier échantillon d’une roche effectuée par des instruments du robot américain Curiosity, a annoncé mardi la Nasa.

« Une question fondamentale à laquelle la mission Curiosity devait répondre était celle de savoir si Mars pourrait avoir été propice à la vie: sur la base de ce que nous savons maintenant, la réponse est affirmative », a déclaré lors d’une conférence de presse, Michael Meyer, le principal scientifique de la mission Curiosity.

Les instruments de Curiosity ont analysé le premier échantillon prélevé à l’intérieur d’une roche sur Mars. Celle-ci se trouvait à la fin d’un ancien réseau de rivières qui aurait pu fournir des ingrédients chimiques et d’autres conditions favorables pour la vie de microbes, ont expliqué ces chercheurs.

La roche contient de l’argile, formée dans de l’eau, des minéraux comme des sulfates et d’autres substances chimiques.

« Les minéraux argileux représentent au moins 20% de la composition de l’échantillon », a précisé David Blake de la Nasa, qui travaille avec l’instrument « CheMi », qui a effectué ces analyses.

De plus, cet ancien environnement humide, à la différence des autres déjà observés sur Mars, n’était pas fortement oxydé, acide ou très salé, ont expliqué ces chercheurs.

« On aurait pu boire cette eau », a lancé John Grotzinger, un autre responsable scientifique de la mission Curiosity, précisant aussi que les instruments du robot ne permettent pas de détecter la vie comme telle.

Alors que le réchauffement climatique préoccupe de plus en plus les scientifiques, des études ont observé que les températures du globe s’étaient stabilisées ces dernières années. Un phénomène qui reste mystérieux mais dont l’origine serait liée à plusieurs facteurs. Or, Ryan Neely, un scientifique de l’université du Colorado et ses collègues auraient réussi à en confirmer un plutôt inattendu : les volcans.

En effet, dans l’étude publiée dans la revue Geophysical Research Letters, ils expliquent comment les volcans jouent un rôle bien plus important qu’on ne l’avait pensé jusqu’ici : selon eux, ces monts éruptifs auraient purement et simplement annulé une partie du réchauffement climatique de ces dernières années, en jouant un rôle de véritables climatiseurs. C’est en cherchant des indices pour expliquer pourquoi la Terre ne s’était pas autant réchauffé que prévu entre 2000 et 2010 qu’ils sont parvenus à cette conclusion.

A l’aide de ce seul lien électronique, le premier rat, hébergé dans un institut de recherches au Brésil, a pu envoyer des signaux cérébraux pour guider son congénère, situé dans un laboratoire américain, et l’aider ainsi à obtenir une récompense.

Pour le neurobiologiste brésilien Miguel Nicolelis, à l’origine de cet exploit, il serait donc possible en théorie d’associer ainsi plusieurs cerveaux d’animaux pour créer un ordinateur « biologique » d’un nouveau genre. Et cette trouvaille pourrait aussi bénéficier aux patients atteints de paralysie ou de syndrome d’enfermement (« locked-in syndrome »), assure le chercheur. « Nous avons établi une liaison fonctionnelle entre deux cerveaux. Nous avons créé un supercerveau comprenant deux cerveaux », a-t-il résumé.

L’équipe du docteur Nicolelis a d’abord entraîné les rats à résoudre un problème simple : presser un levier lorsqu’une petite lampe s’allumait au-dessus pour obtenir un peu d’eau. Ils leur ont ensuite implanté des électrodes ultra-fines dans la région du cortex contrôlant l’information liée au mouvement et ont ainsi connecté le cerveau des deux rats.

Le premier rat réalisait l’expérience normalement. Et lorsqu’il pressait le bon levier, son activité cérébrale était encodée en impulsions électriques, transmises en temps réel au cerveau de son binôme.

Le rat « décodeur », lui, ne disposait d’aucun indice visuel pour savoir sur quel levier appuyer pour obtenir sa récompense et devait se reposer entièrement sur les signaux émis par son partenaire pour guider son choix. Les rats ainsi guidés par cette liaison cérébrale ont obtenu jusqu’à 70 % de réussite aux tests, précise l’étude, publiée dans la revue britannique Nature Scientific Reports.

« Le couple d’animaux a collaboré pour accomplir la tâche. Mais ce que le deuxième rat a reçu, ce ne sont pas des pensées ou des images », explique Miguel Nicolelis. Il reçoit des signaux, qu’il incorpore dans ses schémas visuels et tactiles. « Le deuxième rat apprend à reconnaître ces signaux qui décrivent une décision prise par le premier rat. Il crée une association entre cette structure et cette décision », poursuit le chercheur.

Mieux encore, ce processus fonctionne dans les deux sens car, en cas d’erreur du deuxième rat, le premier modifiait les signaux qu’il émettait pour les rendre plus forts et plus nets. Et après de tels ajustements, le décodeur prenait la bonne décision plus souvent, souligne l’étude.

Cela veut dire « qu’on pourrait créer un réseau cérébral formé par plusieurs cerveaux, interagissant tous ensemble », conclut Miguel Nicolelis, en précisant bien qu’une telle expérience ne porterait que sur des rats ou des singes, et non des êtres humains.

« Si vous connectez plusieurs cerveaux d’animaux, vous pourrez probablement créer un ordinateur biologique qui n’est pas une machine de Turing, c’est-à-dire une machine qui ne fonctionne pas à l’aide d’un algorithme », une série d’instructions prédéterminées, comme c’est le cas de nos ordinateurs classiques, explique-t-il.

Selon lui, une telle machine reposerait au contraire sur « un mode de décision à base de probabilités » et pourrait résoudre des problèmes qui dépassent les capacités d’un cerveau isolé. La manière dont le rat « décodeur » parvient à s’approprier les signaux émis par son congénère et à les utiliser dans son propre cerveau reste toutefois mystérieuse, reconnaît le chercheur.

Voici une dizaine d’années, Miguel Nicolelis s’est rendu célèbre en permettant à des singes de laboratoire d’actionner un bras robotique par ses seules impulsions cérébrales. Prochain défi pour l’expert du Centre médical de l’université de Duke (Etats-Unis) et de l’Institut international pour les neurosciences de Natal (Brésil) : qu’un patient paraplégique donne le coup d’envoi de la prochaine Coupe du monde de football, au Brésil en 2014, à l’aide d’une jambe artificielle commandée par une interface cerveau-machine.