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Des avalanches dans le cerveau?

L'étude d'une loi sous-jacente de l'univers pourrait avoir une incidence sur le dépistage des maladies neurodégénératives

Par : Jean Hamann
Les physiciens sont toujours en quête de lois transcendantes ou de grands principes unificateurs qui permettraient de mettre un peu d'ordre dans l'univers. L'une de ces théories, qui a émergé il y a une dizaine d'années, la criticalité auto-organisée, embrasse large: elle permettrait de modéliser des phénomènes aussi divers que les avalanches, les glissements de terrains, les tremblements de terre, les feux de forêts, les épidémies, les résistances électriques et même les crashs boursiers. Les systèmes critiques auto-organisés subissent de faibles perturbations qui s'additionnent localement jusqu’à un point de rupture; s'ensuit une réaction en chaîne qui se propage sur une échelle plus ou moins grande. La principale caractéristique de pareils systèmes est que l'amplitude du phénomène ou la probabilité qu'il survienne répond à une distribution en loi de puissance. Par exemple, chaque année, on observe un tremblement de terre de force 8 à l'échelle Richter, 10 autres de force 7, 100 de force 6, 1 000 de force 5, etc. Transposée sur un graphique, cette relation se traduit par une droite à pente négative.

À l'affût de tout phénomène montrant pareille signature, des  physiciens ont avancé qu'ils en voyaient l'empreinte dans les tracés des ondes du cerveau enregistrées sur les électroencéphalogrammes (EEG), ouvrant ainsi une nouvelle fenêtre sur le mode d'organisation des réseaux de neurones. Mais, est-ce bien le cas? Claude Bédard et Helmut Kröger, du Département de physique, génie physique et optique, et leur collègue français Alain Destexhe, du CNRS, ont voulu en avoir le coeur net. Pour tirer la question au clair, ils ont utilisé, en plus des EEG qui reflètent l'activité de tout le cerveau mesurée à la surface du crâne, des données enregistrées directement dans le cerveau, qui témoignent du comportement d'un petit nombre de neurones. Toutes les données qui ont servi à leur étude proviennent du laboratoire du professeur Mircea Steriade (aujourd'hui décédé), de la Faculté de médecine.

Les analyses des trois physiciens, publiées dans une récente édition de Physical Review Letters, renferment une bonne et une mauvaise nouvelle. Les adeptes de la criticalité auto-organisée seront déçus parce que l'activité des neurones ne porte pas la signature caractéristique de pareil système. Par contre, si l'ensemble du cerveau montre cette empreinte, il le doit aux cellules qui se trouvent entre les neurones, notamment aux cellules gliales, avancent les chercheurs. «Elles agissent comme des circuits électriques couplés les uns aux autres ou encore comme des condensateurs en série», précise Helmut Kröger. Cette hypothèse le pousse même à croire que cette étude, inspirée au départ par des considérations de physique théorique, pourrait avoir une incidence dans le monde médical. «Il serait intéressant de vérifier si les changements physiques provoqués dans le tissu cérébral par certaines maladies neurodégénératives se répercutent sur les propriétés électriques des cellules gliales et, si c'est le cas, de tester la validité de cette approche dans le diagnostic de ces maladies», propose-t-il.

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