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Dossier
Saisir la réalité, d’un poil!

Par Laetitia Kirianoff


François Chirpaz est philosophe. Derniers ouvrages parus:. La condition de l’homme (Michalon, 2000). La force d’espérance (Cerf, 2001), L’homme précaire (Presses Universitaires de France, 2001).


Carl Petersen dirige le Laboratoire de traitement des processus sensoriels de l’EPFL. Ce physicien y poursuit son objectif: comprendre ce qui se passe dans le cerveau humain lorsque celui-ci est sollicité par les sens. Son modèle d’expérience est la souris. A terme, le jeune chercheur espère cerner la clé des dépendances au niveau des mécanismes physiologiques et biochimiques du cerveau. Ce projet a été distingué par la Fondation Leenaards, l’année passée.


«C'est ici que nous faisons travailler nos souris». Un sourire au coin des lèvres, le professeur Carl Petersen désigne une cage vitrée qu’un assemblage de câbles relie à un ordinateur. Intégré au «Brain and Mind Institute» de la Faculté des Sciences de la Vie, l’antre du jeune chercheur est disposé sur deux étages du bâtiment qui respire encore le neuf. Le laboratoire est en haut, les bureaux en bas. Carl Petersen a rejoint l’EPFL en 2003 en tant que professeur assistant. Aujourd’hui, ce citoyen britannique, né à Copenhague, dirige le Laboratoire de traitement sensoriel (LSENS) et poursuit son objectif: saisir ce qui se passe dans le cerveau humain lorsque celui-ci est sollicité par les sens. Les yeux rivés sur son écran, Carl Petersen lâche, pensif: «On comprend si peu de choses sur ce qu’on fait…»
Soit. Le professeur semble toutefois en maîtriser un rayon sur la pratique qui l’anime. L’un des buts présents du chercheur et de son équipe est de mettre au point des techniques qui permettront de mesurer l’activité du cerveau lorsque celui-ci est stimulé par une perception quelconque. Plus précisément, il s’agit d’obtenir des informations quantitatives sur le traitement de l’information sensorielle et de comprendre le fonctionnement, le développement et la plasticité d’une voie sensorielle au niveau des neurones individuels. Le modèle d’expérience est la souris.

Le cortex: endroit de perception
Carl Petersen: «Toutes nos expérimentations sont bien sûr menées avec l’autorisation de l’autorité vétérinaire du canton. Nous nous efforçons de ne pas faire de mal à nos souris.» Et de poursuivre: «Les souris, tout comme les rats, sont des animaux nocturnes, explique le scientifique. Ils évoluent dans le noir, guidant leurs actions grâce à un odorat développé et à une touffe de poils qui forment leurs moustaches. Ces poils valent nos yeux en termes de perception.» En un clic, Carl Petersen fait apparaître le modèle du cerveau du rongeur sur l’écran. Un échantillon se dessine, tracé d’une série de petits points alignés de façon quasi symétrique. «Chacun de ces points correspond à un poil. Ce qui est étonnant c’est que l’échantillonnage dans le cerveau est le même que sur les joues de la souris.» Sur cette base, le scientifique analyse le cheminement de l’information reçue, de la moustache jusqu’au cortex cérébral. «Chez l’humain, le cortex a des ramifications plus complexes. C’est pour cela que nous pensons que nous sommes plus intelligents.» Toutefois, la voie de signalisation sensorielle qui mène jusqu’au cortex est la même, à peu de détails près, pour l’homme et pour la souris. «Les moustaches sont comme nos doigts. Chaque endroit de notre corps est lié à un point de perception qui se situe dans notre cortex. Or nous pensons que le cortex est l’endroit du cerveau où la perception est rendue consciente.» Pour l’expérimentateur, les moustaches offrent ainsi une possibilité unique de provoquer une stimulation précisément contrôlée entraînant une réponse selon une voie de signalisation bien définie, du poil vers le cortex.

Des techniques analytiques de tout poil
Physicien de formation, Carl Petersen avoue aimer travailler dans le microdétail. Ainsi, la première préoccupation du chercheur est de comprendre le développement d’une voie de signalisation sensorielle au niveau de neurones individuels. «Qu’est-ce- qui se passe si nous touchons un poil?» Penché en arrière sur son siège, les yeux toujours souriants, le scientifique s’emballe. «La perception du monde de l’animal dépend de ce que ses neurones font!» Dès lors chacune des moustaches est déterminée par une lettre, que l’on retrouve au niveau du cerveau. Et d’expliquer que les neurones cérébraux sont actifs de deux manières: d’une part, ils changent de structure à chaque stimulation sensorielle. D’autre part, ils réagissent par interactions synaptiques. Pour observer ces différentes évolutions, le chercheur recourt à diverses méthodes et techniques analytiques: l’imagerie, l’électrophysiologie, une légère coupe d’une partie des bacchantes ou la focalisation sur une tranche du cerveau d’une souris anesthésiée.

A la recherche de la clé des dépendances
Pour le moment, insiste le professeur, les recherches du Laboratoire des processus sensoriels font principalement des expérimentations de base. Aujourd’hui, la principale préoccupation de l’équipe reste ainsi l’étude des processus sensoriels et chimiques qui motivent et provoquent le comportement souricier et, par extension, humain. Une autre question occupe toutefois Carl Petersen. Qu’est-ce qui motive l’homme à rechercher du plaisir? Et, par delà cette question, pourquoi certains individus sont-ils incapables de résister à certaines substances, comme l’alcool, la cigarette ou même le chocolat? Pour cerner la clé des dépendances au niveau des mécanismes physiologiques et biochimiques du cerveau, Carl Petersen a introduit une nouvelle variable: la récompense. Sur l’écran, le film montre une souris sur le bord d’un muret. Elle détecte le vide en agitant ses moustaches. De l’autre côté du petit fossé, les chercheurs ont disposé un aliment; c’est la récompense qui motivera le rongeur à franchir le fossé. «Le but ici est de suivre ce qui se passe dans le cerveau d’une souris lorsqu’on active son «centre du plaisir», soit la partie du cerveau qui gère nos sensations agréables.
Les mécanismes biochimiques qui surviennent dans le cerveau incitent un individu à rechercher intensément un plaisir dont il a déjà fait l’expérience.«C’est là que se trouve la «clé des dépendances», selon le chercheur. Cela se passe dans la partie du cerveau, appelé centre du plaisir, notamment par la libération de dopamine, que la prise de drogues stimule fortement. Ce projet, que Carl Petersen a amorcé avec son collègue le professeur Christian Lüscher, professeur en neurosciences fondamentales, a été distingué par la Fondation Leenaards, l’année passée, par un soutien financier. Les deux chercheurs soupçonnent que le phénomène de l’addiction implique aussi le cortex sensoriel, soit la couche superficielle du cerveau où s’inscrivent certains événements mémorisés. En effet, le fait de revivre une situation peut provoquer une rechute. «Je le vois bien en tant qu’ancien fumeur: chaque fois que je pénètre dans un lieu où les gens fument, l’envie d’allumer une cigarette me prend.» Or, en observant le comportement de souris soumises à des décharges électriques dans les parties du cerveau concernées, le chercheur espère vérifier l’hypothèse selon laquelle la libération de dopamine modifie certains circuits neuronaux d’une partie de la mémoire, ouvrant la porte à la récidive. Les expérimentations ont déjà débuté et des résultats sont attendus ces prochaines années.

Manipulation génétique et gène schizophrène
Selon le chercheur, des applications thérapeutiques en la matière sont pour l’instant de la musique d’avenir. Il est par ailleurs une autre application que le jeune scientifique voudrait, à terme, développer: les manipulations génétiques sur le cerveau des souris. «Il y a des chercheurs qui introduisent un gène schizophrène dans une souris. Nous n’en sommes pas là. Notre but est d’observer la variation de la perception d’une souris en la manipulant génétiquement. Nous avons par exemple observé que même lorsque les poils sont immobiles, l’activité dans le cerveau ne cesse pas. La question est désormais de savoir si les neurones réagissent à des fausses perceptions, comme dans le cas de certaines psychoses. Si nous arrivons à détecter ces mécanismes, cela pourra être très utile pour la recherche médicale.»
Ce pan de la recherche est d’autant plus intéressant que les gènes de la souris ressemblent à ceux des hommes. «Bien sûr, souligne finalement le chercheur, en nous préoccupant de l’agissement de certaines molécules dans le cerveau, nous ne saisissons qu’une partie de la réalité de l’activité cérébrale. C’est le grand problème des sciences du cerveau: comment trouver une conjonction entre tous ces domaines d’applications?» D’où l’avantage pour Carl Petersen de travailler dans une unité où plusieurs disciplines se croisent. Le chercheur, qui a commencé en tant que biologiste cellulaire, tire aujourd’hui une vraie satisfaction à sonder le cerveau de ses rongeurs. Et cela se lit sur son visage. Comment voit-il le futur? «Avec beaucoup de questions, et espérons-le, autant de réponses.» Il reste du pain sur la planche, mais le chercheur demeure optimiste: «Je pense que dans cinquante ans nous aurons une très bonne connaissance des mécanismes biochimiques que provoque un poil particulier dans cette partie spécifique du cerveau. C’est un excellent point de départ.»



Dans le secret des neurones
Carl Petersen a rejoint en janvier 2003 le «Brain and Mind Institute» de la nouvelle Faculté des Sciences de la Vie. Il y a installé le Laboratoire du traitement sensoriel (Laboratory of Sensory Processing). Issu d’une nouvelle génération de neurobiologistes, Carl Petersen – qui a obtenu son diplôme de physique avec honneurs à l’Unisversté d’Oxford et son doctorat au département de zoologie de l’Université de Cambridge – s’intéresse à la dynamique intracellulaire des messages biochimiques des neurones. Il a notamment découvert les canaux inoniques qui causent les courants capacitifs de calcium, ainsi qu’un nouveau champ de recherche permettant de placer l’activité d’un neurone isolé dans le contexte de populations de neurones durant les phénomènes de perception.


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mise à jour: 01 juillet 2005