cerveau

Une forêt ne vieillit pas de la même façon partout. À un endroit, les arbres s'éclaircissent peu à peu, comme s'ils étaient fatigués de pousser ; à un autre, ils s'accrochent obstinément à la vie, dépensant leurs forces à réparer les branches abîmées. Le vieillissement du cortex cérébral ressemble assez à cela, si on l'observe à travers le prisme de milliers d'images d'IRM.

Un trio de jazz joue dans la pénombre d'un club. Le pianiste mène la mélodie, le contrebassiste tient le rythme, le batteur disperse ses roulements. Si l'on n'écoute que les paires de musiciens, on peut saisir comment le pianiste s'adapte à la basse ou la basse à la batterie.

Dans les années 1980, le concours DARPA de reconnaissance vocale a mis fin au débat entre les méthodes statistiques et les règles écrites à la main, établissant une norme unique pour tout le domaine.

Dans la pénombre de l'aimant, la personne surveille de rares éclairs sur un écran. Une caméra infrarouge filme sa pupille mille fois par seconde, tandis qu'un appareil d'imagerie par résonance magnétique enregistre quelles zones du cerveau s'activent.

En 2023, en Belgique, 101 personnes âgées de 50 à 69 ans ont passé plusieurs jours en laboratoire, où l'on a scanné leur cerveau, enregistré leur sommeil et demandé de résoudre des tâches de mémoire et d'attention. C'est ainsi qu'est né le jeu de données COFITAGE, dans lequel chaque participant est décrit sous cinq angles : moléculaire, structurel, physiologique, génétique et cognitif.

Dans une réception bruyante, une personne âgée fait répéter son interlocuteur encore et encore : les mots se noient dans le brouhaha des voix. C'est ainsi que se présente le pont par lequel le son va de l'oreille au sens. Tant que ce pont est solide, le bruit ne fait que gêner, sans interrompre la conversation.

La classe se tait après la leçon, mais dans la tête de l'enfant résonne encore un écho : des visages, des objets, des lieux. C'est cet écho, et non la leçon elle-même, qui décide de ce qui restera en mémoire. Des chercheurs l'ont capté pour la première fois chez des enfants de 6 à 17 ans.

Une rivière prend sa source haut dans les montagnes : un lit reçoit plus d'eau, un autre moins. Ainsi la position sociale d'une personne détermine-t-elle le lit de sa vie, mais elle ne creuse pas le cerveau directement : elle le fait par ses affluents, les habitudes, la tension, la glycémie.

Un géologue gravit une pente de montagne et promène son appareil au-dessus des roches. L'appareil indique où se trouve un gisement de minerai de fer sous la surface et où la roche s'est fissurée. La cartographie magnétique du cerveau fonctionne à peu près de la même façon : elle révèle où le fer s'est accumulé dans les tissus et où l'enveloppe des fibres nerveuses est abîmée.

Un vieil atlas routier est posé sur la table. Sur ses pages, des lignes relient les villes, et l'épaisseur des traits indique l'intensité du trafic. Un réseau de neurones examine une telle carte et annonce l'âge de la voiture qui l'a parcourue. C'est à peu près ainsi que fonctionne le modèle entraîné à prédire l'âge d'une personne à partir de la carte des connexions de son cerveau.

Le cerveau ressemble à un orchestre dont le chef est le cortex et le premier violon, le thalamus. Le thalamus transmet les signaux des yeux vers le cortex visuel. Mais le cortex peut aussi renvoyer des commandes en retour, ajustant le thalamus à la tâche en cours. Cela n'était auparavant qu'une hypothèse, désormais testée sur des humains.

Le cerveau ressemble à un orchestre dont le chef est le cortex et le premier violon, le thalamus. Le thalamus transmet les signaux des yeux vers le cortex visuel. Mais le cortex peut aussi renvoyer des commandes en retour, ajustant le thalamus à la tâche en cours. Cela n'était auparavant qu'une hypothèse, désormais testée sur des humains.

Le mannequin, assis sur une chaise, bascule en arrière — sa tête heurte le sol. À l'intérieur de la tête, dans trois boîtes de Pétri, vivent des cellules nerveuses humaines. Elles ressentent le choc comme le ferait un vrai cerveau lors d'une chute.

Un coup à la tête, c'est déjà mauvais. Mais une série de coups ? C'est plus compliqué, et les modèles informatiques habituels du cerveau n'en tiennent pas compte : ils considèrent chaque coup comme s'il était le premier. Or le cerveau n'est pas une boule de fer, il se souvient des contraintes passées.

Une cloche cachée dans un épais coffret peut être mise à sonner sans ouvrir le couvercle. Il suffit d'envoyer une onde sonore à travers les parois — et le battant se met à vibrer.

Des cellules de vaisseau sanguin ont été ensemencées sur une membrane transparente de 700 nanomètres d'épaisseur — cent fois plus fine qu'un cheveu humain. Sous la membrane se cachent des électrodes plates.

Le magnétoencéphalographe, un appareil qui ressemble à un casque muni de centaines de capteurs, capte les faibles champs magnétiques produits par les neurones en activité. Lorsqu'une personne écoute de la parole, ces signaux renferment des empreintes des mots entendus.

Un stade bondé entend pour la première fois la voix du commentateur – et aussitôt, toute la foule s’anime. Le message retentit encore et encore. Seule une poignée de spectateurs, dans les rangs voisins, réagit. C’est à peu près ainsi que se comportent les réseaux de neurones dans les organoïdes cérébraux – ces mini-cerveaux cultivés en laboratoire.

Un stade bondé entend pour la première fois la voix du commentateur – et aussitôt, toute la foule s’anime. Le message retentit encore et encore. Seule une poignée de spectateurs, dans les rangs voisins, réagit. C’est à peu près ainsi que se comportent les réseaux de neurones dans les organoïdes cérébraux – ces mini-cerveaux cultivés en laboratoire.

Le cerveau est un orchestre où chaque groupe d'instruments doit entrer au bon moment. Dans la maladie d'Alzheimer, les musiciens perdent leurs notes : les connexions entre les régions du cerveau s'embrouillent, et le jeu harmonieux se transforme en cacophonie.

La nuit, lorsque nous sombrons dans un sommeil profond sans rêves, une marée commence au plus profond du cerveau. Chaque battement de cœur et chaque respiration envoient de douces impulsions dans les cavités remplies de liquide (les ventricules). Le jour, ces impulsions sont timides et monotones — le liquide clapote sur place, presque sans bouger.

Une ville la nuit : certaines fenêtres sont éclairées, d'autres sont sombres. Si l'on relie par des lignes les fenêtres qui s'allument simultanément, on obtient une toile de connexions. C'est une telle toile que des chercheurs ont étudiée pour de minuscules organoïdes cérébraux – des amas vivants de cellules nerveuses cultivés en laboratoire.

Un nuage d'atomes refroidi à presque zéro absolu se met soudain à se comporter comme un cerveau. Un atome excité déclenche une réaction en chaîne — les voisins « s'allument » à leur tour, et une avalanche d'activité parcourt le gaz. Les physiciens appellent cela la facilitation de Rydberg : les atomes s'excitent plus facilement si un atome excité se trouve à proximité.

Le cerveau d'un méditant, c'est un orchestre, et l'attention, son chef. Lorsque vous êtes concentré sur votre respiration, tous les instruments jouent en harmonie. Mais soudain, une pensée-violoncelle joue une fausse note : c'est la divagation de l'esprit.

Le cerveau évacue lui-même ses déchets : le liquide céphalo-rachidien circule dans d'étroits canaux autour des artères. Les parois de ces canaux sont souples et ondulent au rythme du pouls, tandis que le tissu est poreux, comme une éponge. Chaque battement du pouls transforme les artères en minuscules pompes qui font passer le liquide à travers les pores.

L'approche standard actuelle de l'apprentissage de l'IA ressemble à un enfant enfermé dans une bibliothèque : il mémorise des millions de livres, mais ignore que le feu brûle et que la chute fait mal.

Les puces neuromorphiques fonctionnent différemment des ordinateurs classiques, construits selon les plans de John von Neumann, avec une mémoire et un processeur séparés.

Des chercheurs ont pris 16 activités quotidiennes — de la vaisselle aux squats — et ont décomposé les mouvements en composantes élémentaires, un peu comme un spectroscope décompose la lumière en spectre. En comparant trois approches, ils ont trouvé une clé inattendue pour la reconnaissance : une simple image moyenne suffit.

Le microscope électronique est un orgue géant : au lieu des tuyaux, des lentilles électromagnétiques ; au lieu de l'air, un flux d'électrons accélérés. Autrefois, il ne faisait que dessiner des fresques muettes du monde atomique, condamnant les scientifiques à un déchiffrage épuisant.

En chacun de nous, une horloge invisible fait tic-tac. Elle commande la libération de cortisol, l'hormone qui nous aide à nous réveiller le matin, à gérer l'anxiété et à maintenir le système immunitaire en alerte. En cas d'insuffisance surrénalienne, cette horloge se dérègle : le corps ne peut plus produire lui-même la quantité de cortisol nécessaire.

Dans le grand orchestre de l'univers, chaque instrument a son propre rythme. Les électrons dans l'atome effectuent des sauts quantiques en femtosecondes, les neurones du cerveau échangent des signaux en millisecondes, et un humain a besoin de dixièmes de seconde pour prendre…

En explorant les exoplanètes lointaines, les scientifiques cherchent des traces de vie – par exemple l'eau et le carbone – et des traces de technologies : signaux radio, mégastructures. Mais entre ces indices, un vide béant. Si l'intelligence n'a pas créé de machines ou si celles-ci ont disparu, nous ne la remarquerons pas.

Le cerveau n'apprend pas chaque tâche à partir de zéro : il transfère l'expérience d'une activité à une autre. Mais comment savoir quelles tâches sont réellement apparentées ? Les neuroscientifiques ont eu une idée astucieuse : laisser un réseau artificiel « observer » l'activité cérébrale pendant une tâche, puis tenter de prédire l'activité pendant une autre.

Un organisme vivant est une machine qui fait constamment passer de l'énergie à travers lui et la transforme en chaleur. Ce cycle interne est appelé production interne d'entropie (une mesure de la dissipation d'énergie). Mais il y a environ 2,5 millions d'années, nos ancêtres ont lancé un second circuit — externe. Ils ont pris en main une pierre taillée, puis une branche en feu.

Un neurone ressemble à un circuit électrique avec des piles et des résistances variables. Le rôle des résistances est joué par les canaux ioniques — des pores protéiques dans la membrane qui s'ouvrent et se ferment, laissant passer des particules chargées.

Dans les années 1990, le philosophe John Searle a imaginé une expérience de pensée : une personne est assise dans une pièce et, sans connaître le chinois, suit des instructions pour fournir des réponses correctes en chinois. De l'extérieur, on dirait qu'elle comprend la langue, mais à l'intérieur, ce n'est qu'un suivi mécanique de règles.

Lorsque le chef d'orchestre quitte l'orchestre, les musiciens continuent encore un moment à jouer de mémoire. Mais sans un rythme unique, chacun commence à accélérer ou à ralentir de son propre chef, et la symphonie harmonieuse se transforme en bruit confus.

Un grand orchestre symphonique joue, mais chaque groupe d'instruments suit sa propre partition sans entendre les autres. Les violons jouent la mélodie du cœur, les violoncelles le rythme du foie, et les cuivres le pouls du cerveau. Cela sonne de manière désordonnée, même si chaque partie est impeccable isolément.

Un caissier de supermarché à l'heure de pointe ne mémorise pas chaque article scanné — il garde en tête le total et surveille la file d'attente. C'est à peu près ainsi que le cerveau répartit ses forces : le cortex, coûteux et précis (ce qui est responsable de la réflexion), et les noyaux sous-corticaux, plus simples et économes (où vivent les habitudes), travaillent en binôme.

Chaque matin, vous prenez la même tasse, mais le café vous semble tantôt amer, tantôt parfait. Ce n'est pas le café — et ce n'est pas votre caractère. En nous, une télécommande invisible bouge sans cesse, avec des dizaines de curseurs : fatigue, faim, anxiété, niveau d'hormones.