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Simulation de neurones, implants, cartographie du cerveau : les technologies de la recherche en neurosciences

Simulation de neurones, implants, cartographie du cerveau : les technologies de la recherche en neurosciences

La deuxième édition du Brain Forum s'est tenue à Lausanne du 30 mars au 1er avril dernier.

© DR

Du 30 mars au 1er avril dernier, chercheurs, médecins, industriels, entrepreneurs et philanthropes ont échangé pour faire avancer les recherches sur le cerveau. L'enjeu consiste aujourd'hui à transférer les derniers progrès en la matière dans le domaine thérapeutique. Un défi qui ne pourra être relevé sans la mise en place d'une collaboration pluridisciplinaire et mondiale.

« Le cerveau n’appartient pas aux seuls neuroscientifiques ! Nous avons besoin d’autres spécialistes. » C’est avec ces mots que Patrick Aebischer, président de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), a donné le coup d’envoi de la deuxième édition du Brain Forum, qui s’est tenue au SwissTech Convention Center du 30 mars au 1er avril dernier. Objectif de ce rendez-vous : réunir scientifiques, industriels, ingénieurs, médecins, entrepreneurs et philanthropes pour faire avancer la recherche sur le cerveau.

Le ton est donc donné : pour mieux comprendre le fonctionnement de cet organe extrêmement complexe, il faut jouer la carte de la pluridisciplinarité et miser sur l’open innovation. « Les dernières grandes avancées en la matière ne viennent pas de la pharmacologie mais de la neuroingénierie » rappelle Patrick Aebischer, qui regrette toutefois que les progrès sur la compréhension du cerveau n’aient pas encore été transférés au bénéfice des patients à l’heure où les maladies neurodégénératives pèsent de plus en plus sur notre société. « Nous devons combiner les différentes technologies pour mieux comprendre le cerveau et transférer ces avancées dans le domaine thérapeutique », a martelé le président de l’EPFL.

De nouveaux outils pour mieux comprendre et agir sur le cerveau

Pour relever ces défis, les chercheurs du monde entier élaborent de nouveaux outils qui permettront de mieux comprendre le cerveau, et d'agir sur lui. Karlheinz Meier, codirecteur de l’initiative européenne Human Brain Project en charge de la partie informatique, travaille à l’Université d’Heidelberg en Allemagne sur un ordinateur neuromorphique, qui imite le fonctionnement du cerveau. Objectif : simuler l’activité du cerveau en réduisant sensiblement la consommation énergétique par rapport aux processeurs classiques tout en dopant la puissance de calcul. Composé de plusieurs millions de neurones, l’ordinateur neuromorphique devrait être 10 000 fois plus rapide que les réseaux de neurones biologiques. Cela permettrait de simuler une journée du fonctionnement d’un cerveau en l’espace de quelques secondes.

De son côté Stéphanie Lacour, chercheuse à l’EPFL, se concentre sur des aspects mécaniques. Son laboratoire dédié aux interfaces bioélectroniques souples a démontré à quel point l’aspect des implants était important. En effet, pour s’intégrer durablement dans un tissu vivant, comme le cerveau ou la moelle épinière, l’implant doit en imiter les propriétés mécaniques. En d’autres termes, il doit être fin, flexible et étirable. Aujourd’hui, les principaux implants neuronaux utilisés sont rigides et provoquent, avec le temps, des lésions ou des rejets. Les équipes de Stéphanie Lacour ont notamment développé l’E-dura, un implant composé de plusieurs couches de silicone que le laboratoire du professeur Grégoire Courtine a utilisé pour stimuler de manière chimique et électrique la moelle épinière de rats paralysés afin de les faire remarcher.

Chris Toumazou de l’Imperial College de Londres a, pour sa part, présenté la puce intelligente qu’il a développée pour contrôler l’appétit afin de traiter les problèmes d’obésité infantile. Implantée dans le nerf vague, qui joue un rôle clé dans le processus de satiété, cette puce intelligente envoie au cerveau un message selon lequel l’estomac est plein alors que ce n’est pas le cas. La puce est dotée de capteurs qui analysent en temps réel des informations biochimiques. Lorsqu’elle estime que son porteur a assez mangé, elle envoie ledit message au cerveau. Des premiers tests ont été effectués sur des rats et les expérimentations sur l’homme devraient bientôt débuter. Chris Toumazou estime que ce dispositif pourrait constituer une alternative solide aux coûteuses interventions chirurgicales qui consistent à poser un anneau gastrique.

Une coopération mondiale pour la conquête du cerveau ?

Aujourd’hui, plusieurs initiatives sur le cerveau sont menées en parallèle dans le monde. En Europe, le Human Brain Project (HBP), coordonné par Henry Markram, cherche à cartographier le cerveau. L’accent est notamment porté sur le développement des technologies nécessaires pour rassembler toutes les connaissances en la matière. Le projet est soutenu par l’UE à hauteur de 500 millions d’euros sur dix ans (sur un budget global de 1,2 milliard d'euros). Outre-Atlantique, les Etats-Unis mènent la BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative. Invité au Brain Forum, John Donoghue, l'un des scientifiques à l'origine de ce projet, a précisé que 46 millions de dollars avaient été consacrés à cette initiative en 2014. Cette enveloppe a permis de soutenir 58 projets dont un Pet Scan (Tomographie par Émission de Positrons ou TEP en français), 100 fois plus sensible que les techniques classiques d'IRM. 500 millions de dollars devraient être débloqués pour la seule année 2019. Nancy Ip, de l’Université des sciences et des technologies de Hongkong, a de son côté présenté la China Brain Initiative. Les contours du projet n'ont pas encore été fixés, mais il doit rassembler quelques 6 000 chercheurs issus de différentes disciplines. L’enjeu est de taille : un Chinois sur cinq devrait souffrir de troubles neurologiques au cours de sa vie. De son côté, Israël pourrait passer de la "Start-up nation" à la "Brain Nation". C’est en tout cas l’ambition du projet Israël Brain Technologies, présenté par Rafi Gidron. L’objectif ici est de sensibiliser les jeunes entrepreneurs et de fédérer les différents acteurs du pays. Le projet repose sur plusieurs piliers, dont un programme d’accélération et une compétition dédiée aux start-up, avec à la clef une enveloppe d’un million de dollars, et la constitution d'un réseau de business angels pour favoriser l’essor de nouvelles technologies.

Au vu de cette batterie d’initiatives, certains participants du Brain Forum se sont interrogés sur l’existence d’une course à la conquête du cerveau. En réponse, les différentes intervenants ont reconnu qu'une compétition s'était bien instaurée, tout en estimant que c'était une bonne chose : pourquoi ne pas utiliser la conquête spatiale comme modèle de coopération ? Outre une mobilisation pluridisciplinaire, la recherche sur le cerveau doit être portée par une initiative internationale, a estimé John Donoghue.

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