Un plan de 100 millions $ pour mettre fin à la paralysie avec une moelle épinière synthétique

Certains disent que l’expérience est le meilleur enseignement, et pour Hugh Herr, c’est certainement le cas. Son expérience en matière de handicap et son besoin subséquent de prothèses l’ont contraint à développer ce qui pourrait être le modèle bionique le plus avancé au monde.

Aujourd’hui, le chercheur et expert bionique est le co-directeur du Center for Extreme Bionics au Massachusetts Institute of Technology (MIT) – un laboratoire de recherche unique qui a commencé avec l’idée de faire progresser les prothèses au niveau supérieur.

Depuis sa création en 2014, le centre s’est donné pour objectif de traiter un large éventail de handicaps par le développement de la bionique avancée. Maintenant, le centre travaille sur un projet quinquennal de 100 millions de dollars axé sur le traitement de la paralysie, de la dépression, de l’amputation, de l’épilepsie et de la maladie de Parkinson grâce au développement de technologies bioniques.

Alors que les prothèses d’aujourd’hui sont utiles et peuvent donner aux amputés un moyen de retrouver les fonctions motrices perdues, Herr et ses collègues pensent pouvoir améliorer ces dispositifs en les combinant avec des implants neuronaux avancés. Cela donne aux nerfs et aux muscles d’une personne un moyen de parler à une prothèse, ce qui facilite le contrôle de l’appareil et son fonctionnement comme un membre biologique.

L’équipe du MIT considère que les implants neuronaux sont bien plus utiles que pour des prothèses. La technologie pourrait également être utilisée pour modifier les fonctions cérébrales afin de traiter les troubles neurologiques ou mentaux.

Pendant ce temps, un système nerveux numérique (DNS) alimenté par l’optogénétique – une technique qui utilise la lumière pour contrôler les cellules – pourrait permettre aux chercheurs de traiter la paralysie et la maladie de Parkinson en remplaçant essentiellement le système nerveux biologique. Finalement, les chercheurs pensent qu’ils sont capables d’engendrer des cellules et des tissus pour cultiver des organes capables de réparer ou de remplacer des structures biologiques.

L’Organisation Mondiale de la Santé estime 40 à 80 cas de paralysie par million d’habitants, et ce n’est là qu’une des pathologies sur lesquelles se concentre le Center for Extreme Bionics. Si les chercheurs du centre sont en mesure de trouver des moyens d’utiliser la technologie pour aider toutes ces personnes, le rêve de Herr d’un monde dans lequel le handicap n’est plus, pourrait se concrétiser.

traduction Thomas Jousse

Business Insider, Center for Extreme Bionics, Wired

DARPA veut accélérer l’acquisition de compétences au-delà des niveaux normaux

En mars 2016, DARPA annonçait le programme TNT – Targeted Neuroplasticity Training (entraînement ou formation en neuroplasticité ciblée), un projet pour mobiliser le système nerveux périphérique (SNP) du corps pour réaliser quelque chose qui a longtemps été considéré comme le seul domaine du cerveau: faciliter l’apprentissage. Les travaux sur le TNT ont commencé. L’essentiel du programme est d’identifier des méthodes de neurostimulation optimales et sûres pour activer la «plasticité synaptique» – un processus naturel dans le cerveau, essentiel à l’apprentissage, qui implique le renforcement ou l’affaiblissement des jonctions entre deux neurones – puis construire ces méthodes dans des schémas de formation améliorés qui accélèrent l’acquisition de compétences cognitives.

Stimuler la plasticité synaptique pour accélérer l’apprentissage
Des scientifiques découvrent comment télécharger des connaissances à votre cerveau
La stimulation cérébrale électrique améliore la créativité, disent les chercheurs
Un implant cérébral se connectera avec 1 million de neurones
DARPA projette de concevoir le modem cortical
Insérer une carte-mémoire dans son cortex

TNT a été inspiré par des recherches récentes montrant que la stimulation de certains nerfs périphériques peut activer les régions du cerveau impliquées dans l’apprentissage. De tels signaux peuvent potentiellement déclencher une plasticité synaptique en libérant des neurochimiques qui réorganisent les connexions neuronales en réponse à des expériences spécifiques. Les chercheurs de TNT s’efforceront d’identifier les mécanismes physiologiques qui pourraient permettre d’améliorer ce processus naturel grâce à la stimulation électrique des nerfs périphériques, ce qui rend le cerveau plus adapté pendant les points clés du processus d’apprentissage.

« DARPA s’approche de l’étude de la plasticité synaptique à partir d’angles multiples pour déterminer s’il existe des moyens sûrs et responsables d’améliorer l’apprentissage et d’accélérer la formation pour les compétences pertinentes aux missions de sécurité nationale », a déclaré Doug Weber, responsable du programme TNT.

La DARPA finance huit projets dans sept établissements dans un programme de recherche coordonné qui se concentre initialement sur la science fondamentale de la plasticité cérébrale et vise à conclure avec des essais humains sur des volontaires sains. Pour faciliter la transition vers des applications du monde réel, certaines équipes travailleront avec des analystes du renseignement et des spécialistes des langues étrangères pour comprendre comment ils s’exercent actuellement afin que la plate-forme TNT puisse être affinée autour de leurs besoins. Le programme permettra également de comparer l’efficacité de la stimulation invasive (par l’intermédiaire d’un dispositif implanté) contre la stimulation non invasive, d’étudier comment éviter les risques potentiels et les effets secondaires de la stimulation et organiser un atelier sur l’éthique de l’utilisation de la neurostimulation pour améliorer l’apprentissage.

La première moitié du programme TNT se concentre sur le déchiffrage des mécanismes neuronaux sous-jacents à l’influence de la stimulation nerveuse sur la plasticité cérébrale; découvrir des indicateurs physiologiques qui peuvent vérifier lorsque la stimulation fonctionne efficacement; identifier et atténuer tous les effets secondaires potentiels de la stimulation nerveuse. La deuxième moitié du programme se concentrera sur l’utilisation de la technologie dans une variété d’exercices de formation pour mesurer les améliorations du taux et de l’étendue de l’apprentissage.

Les institutions énumérées ci-dessous sont des équipes de premier plan qui explorent les aspects de l’utilisation de la stimulation pour activer la plasticité :

* Une équipe de l’Université de l’État de l’Arizona dirigée par le Dr Stephen Helms Tillery vise la stimulation du nerf trijumeau pour favoriser la plasticité synaptique dans les systèmes sensorimoteurs et visuels du cerveau. Grâce à des partenariats avec le Laboratoire de recherche de l’Armée de l’Air américaine (ARFL), la 711th Human Performance Wing (711 HPW) de l’US Air Force et l’Institut de recherche de l’armée américaine de médecine environnementale (USARIEM), l’équipe évaluera les protocoles de stimulation TNT avec deux groupes de bénévoles : l’étude de l’intelligence, de la surveillance et de la reconnaissance, et un autre pratiquant le tir de précision et de prise de décision.

* Une équipe de l’Université Johns Hopkins dirigée par le Dr Xiaoqin Wang se concentre sur les régions du cerveau impliquées dans la parole et l’ouïe pour comprendre les effets de la plasticité sur l’apprentissage des langues. L’équipe va comparer l’efficacité de la stimulation des nerfs vagaux invasifs et non invasifs (VNS – stimulation neuro-vagale), tester la capacité des volontaires à faire une distinction des phonèmes, apprendre les mots et la grammaire et produire les sons uniques demandés par certaines langues étrangères.

* Dans l’un des deux projets, la DARPA finance à l’Université de Floride, une équipe dirigée par le Dr Kevin Otto qui identifie les voies neuronales par la VNS (stimulation du nerf vague) du cerveau. L’équipe mènera également des études comportementales chez les rongeurs afin de déterminer l’impact de la VNS sur la perception, la fonction exécutive, la prise de décision et la navigation spatiale.

* Dans le deuxième projet de l’Université de Floride, une équipe dirigée par le Dr Karim Oweiss utilisera une approche tout-optique combinant l’imagerie fluorescente et l’optogénétique pour interroger la circulation neuronale qui relie les centres neuromodulateurs dans le cerveau profond aux régions décisionnelles du cortex préfrontal, et optimiser les paramètres de VNS autour de ce circuit pour accélérer l’apprentissage des tâches de distinction auditive par les rongeurs.

* Un projet de l’Université du Maryland mené par le Dr Henk Haarmann étudie l’impact de la VNS sur l’apprentissage des langues étrangères. Son équipe utilisera l’électroencéphalographie (EEG) pour examiner les effets de la VNS sur la fonction neurale lors de la perception de la parole, du vocabulaire et de la formation grammaticale.

* Une équipe de l’Université de Texas à Dallas, dirigée par le Dr Mike Kilgard, identifie les paramètres de stimulation optimale pour maximiser la plasticité et compare les effets de la stimulation invasive contre la non invasive chez les individus atteints d’acouphènes car ils accomplissent des tâches d’apprentissage complexes telles que l’acquisition d’une langue étrangère. L’équipe étudiera également la longévité des effets de stimulation pour déterminer si une formation de suivi est nécessaire pour la rétention à long terme des compétences acquises.

* Une équipe de l’Université du Wisconsin dirigée par le Dr Justin Williams utilise des techniques d’imagerie optique, d’électrophysiologie et de détection neurochimique de pointe chez les modèles animaux pour mesurer l’influence de la stimulation du nerf vagal et trijumeau sur l’activité stimulante des neurones neuromodulateurs dans le cerveau.

* Une équipe de l’Université Wright State dirigée par le Dr Timothy Broderick se concentre sur l’identification des marqueurs épigénétiques de la neuroplastique et des indicateurs de la réponse d’un individu à la VNS. Grâce à un partenariat avec le Laboratoire de recherche de l’Armée de l’Air américaine et la 711th Human Performance Wing de l’US Air Force, l’équipe travaillera également avec les stagiaires volontaires en analyse du renseignement qui étudient la reconnaissance des objets et des menaces pour déterminer l’impact des VNS non invasifs sur cette formation.

DARPA soutiendra un futur projet de science réglementaire au sein de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, qui a approuvé la VNS pour le traitement de l’épilepsie et de la dépression. Les scientifiques de la FDA, dirigés par le Dr Srikanth Vasudevan, exploreront davantage l’innocuité et l’efficacité de la VNS chez un modèle animal, y compris un examen du rôle du sexe de l’animal sur les effets potentiels de l’utilisation chronique de la stimulation du nerf vague.

Un implant de la taille d’un grain de poussière pourrait surveiller des nerfs en temps réel
Des implants cérébraux conçus pour fondre et ne laisser aucune trace
Surveiller le cerveau avec un implant soluble

Les projets TNT de la DARPA diffèrent des tentatives antérieures de neuroscience et de neurotechnologie en cherchant à ne pas restaurer la perte de fonction mais à favoriser les capacités chez des individus en bonne santé. À la fin du programme planifié de quatre ans, DARPA vise à démontrer que les méthodes et les technologies TNT peuvent au moins produire une amélioration de 30% du taux d’apprentissage et / ou du rendement des compétences par rapport aux schémas de formation traditionnels, avec des effets secondaires négatifs minimes.

“Le Département de la Défense opère dans un monde complexe et interconnecté dans lequel les compétences humaines telles que la communication et l’analyse sont vitales, et le Département a longtemps poussé les frontières de la formation pour maximiser ces compétences”, a déclaré Weber. “L’objectif de DARPA avec le TNT est de renforcer les méthodes de formation existantes les plus efficaces afin que les hommes et les femmes de nos forces armées puissent opérer à leur plein potentiel”.

Reconnaissant que ces nouvelles technologies pour l’apprentissage et la formation pourraient susciter des problèmes sociaux et éthiques, le programme TNT finance l’Arizona State University pour organiser un atelier d’éthique national au cours de la première année du programme. L’atelier engagera des scientifiques, des bioéthiciens, des régulateurs, des spécialistes militaires et d’autres personnes en discussion sur ces questions et produira pour un examen plus large un rapport sur les problèmes éthiques potentiels liés à l’amélioration cognitive pour les combattants.

L’Homme augmenté, réflexions sociologiques pour le militaire
Éthique sur le champ de bataille dans un futur proche
Augmentation des performances humaines avec les nouvelles technologies : Quelles implications pour la défense et la sécurité ?
Étude prospective à l’horizon 2030 : impacts des transformations et ruptures technologiques sur notre environnement stratégique et de sécurité.

Le TNT est un effort de recherche fondamental. Les équipes qui effectuent la recherche sont encouragées à publier leurs résultats dans des revues évaluées par les pairs.

DARPA News

Écologisme et transhumanisme. Des connexions contre nature

Ecologistes, véganes et sympathisants de gauche prolifèrent au sein du mouvement transhumaniste. Après Le Monde, Le Nouvel Obs et Politis, Primevère, le plus grand salon écologiste français, invitait en 2016 un de ses représentants à s’exprimer. Didier Cœurnelle, vice-président de l’Association française transhumaniste, est élu Verts en Belgique. Il aurait eu les mots pour séduire les visiteurs de Primevère, avec une « vie en bonne santé beaucoup plus longue, solidaire, pacifique, heureuse et respectueuse de l’environnement, non pas malgré, mais grâce aux applications de la science (1). » II aura fallu les protestations d’opposants aux nécrotechnologies pour que le salon annule son invitation (2). Les transhumanistes ne luttent pas contre les nuisances. Technophiles et « résilients », ils comptent sur l’ingénierie génétique, la chimie et les nanotechnologies pour adapter la nature humaine et animale à un milieu saccagé.

Faut-il un État mondial inter-espèces pour lutter contre les dominations entre humains et animaux ? Voire entre animaux, avec des prédateurs devenus herbivores après modification génétique ? Même si leurs idées prêtent à rire, les transhumanistes ne sont pas des ahuris victimes d’une indigestion de mauvaise science-fiction. Ils sont écologistes et véganes (c’est-à-dire refusant de consommer les produits issus des animaux), certes. Parfois même bouddhistes. Mais aussi philosophes, généticiens, informaticiens, sociologues ou start-uppers rétribués par Harvard, Oxford, la London School of Economics ou Google. La plupart d’entre eux veulent le bien de la planète et de ses habitants, lutter contre les oppressions, tout en augmentant notre espérance de vie jusqu’à « la mort de la mort ».

Les deux porte-parole du mouvement transhumaniste francophone revendiquent leur militantisme « écolo ». Marc Roux a été adhérent de l’Alternative rouge et verte. Didier Cœurnelle est élu Verts de la commune de Molenbeek. Le cofondateur de Humanity+, la principale association transhumaniste américaine, David Pearce, est un militant antispéciste et végane. L’Australien Peter Singer, philosophe et auteur du livre de référence des antispécistes La Libération animale (1975), est lui-même transhumaniste et ancien candidat Verts en Australie. Quant à l’actuel directeur de Humanity+, James Hughes, en tant que bouddhiste, il ne ferait pas de mal à une mouche. Loin de l’image repoussoir de libertariens insensibles aux malheurs qui les entourent, les transhumanistes sont souvent des progressistes de gauche, écologistes et féministes, suivant la bonne conscience qui règne dans la Silicon Valley depuis le mouvement hippie des années 1960. En France, à l’avant-garde des partisans de la reproduction artificielle de l’humain (PMA-GPA) figurent les membres d’Europe Écologie-Les Verts.

D’après Marc Roux et Didier Cœurnelle, auteurs de Technoprog (3), les transhumanistes seraient majoritairement de gauche, attachés à un système social et à une médecine redistributive, contre l’idée d’une humanité à deux vitesses après sélection génétique. Ils se trouvent même des points communs avec les « objecteurs de croissance » (4). Fort bien. Laissons de côté les ultras, libertariens ou technogaïanistes, et intéressons-nous à ces transhumanistes sociaux-démocrates et soi-disant écolos. Ceux qui introduisent le loup transhumaniste dans la bergerie verte.[…]

L’écologie transhumaniste est pétrie de cette idéologie de la « résilience » – un terme issu de la psychologie synonyme d’adaptation à la dégradation des conditions d’existence –, qui prévaut aujourd’hui jusque dans les Conférences sur le climat. « Aucune idée n’est à écarter a priori si elle peut déboucher sur une meilleure adaptation des corps à leur environnement. […] Il s’agit, dans la tradition du darwinisme social, de permettre la survie du mieux adapté. Crèvent les faibles et les inadaptés. D’où l’appel aux transformations génétiques. Voilà l’imposture.[…]

TomJo, Hors-sol, octobre 2016

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Modifier l’espèce humaine ou l’environnement? Les transhumanistes face à la crise écologique

 

Un robot hybride se déplaçant comme une raie

Ils ont créé un monstre ! Une raie cyborg de la taille d’une pièce a été fabriquée à partir de cellules cardiaques de rat qui peuvent être contrôlées sous l’eau à l’aide de lumière.

Conçu par Kevin Kit Parker de l’Harvard University’s Wyss Institute et son équipe, le robot de 16 millimètre-long a un squelette recouvert d’or avec un polymère souple. Ses muscles sont constitués d’environ 200 000 cellules cardiaques de rat fixées en couches. « Mon matériau de construction est vivant » dit Parker.

Afin d’obtenir le déplacement du petit robot, l’équipe a peaufiné les gènes cellulaires du rat pour le rendre sensible à la lumière. Lorsqu’il est exposé à la lumière, les cellules se contractent et les couches agissent comme une sorte de pompe, poussant vers le bas sur le squelette pour que le petit robot puisse imiter les mouvements d’une vraie raie. « Nous avons un peu triché par rapport à ce que fait la nature, mais ça marche, » dit Parker.

Karaghen Hudson and Michael Rosnach

Les fréquences brillantes spécifiques sur le robot provoquent une onde de contraction se propageant vers le bas de son corps, le faisant onduler, et les différentes fréquences le font bouger à différentes vitesses. La lumière brillante sur un côté de son corps juste avant l’autre lui permet de tourner. Contrôlé par la lumière de cette façon, le robot a nagé avec succès grâce à un parcours du combattant (voir vidéo).

La raie artificielle est une machine vivante, mais Parker dit que des robots plus complexes fabriqués à partir de tissus vivants sont encore un long chemin. Nous commençons à peine à apprendre à utiliser des cellules vivantes comme un matériau, ce qui est un défi, car ils ont besoin de conditions spécifiques pour rester en vie.

Auparavant, Parker faisait partie d’une équipe qui a fait une méduse cyborg – utilisant également le tissu cardiaque. Mais son système de contrôle et de conception a été beaucoup moins complexe que la raie.

Karaghen Hudson and Michael Rosnach

Cependant, le but ultime de Parker n’est pas de construire des robots vivants. Au contraire, ces créations sont une façon pour lui de mieux comprendre le fonctionnement des pompes musculaires et des maladies cardiaques. « Mon intérêt réel est dans la construction d’un cœur, » dit Parker. Il a également été impliqué dans la construction de mini-organes, ce qui pourrait finalement être wired up pour créer un « humain sur une puce » .

Hanno Meyer de l’Université de Bielefeld en Allemagne, qui développe également des robots bio-inspirés, pense que le rayon cyborg est un bon exemple de comment créer un modèle simplifié d’une forme de vie qui peut interagir avec son environnement. « La combinaison d’éléments artificiels et vivants donne un aperçu de la création d’un système durable bio-hybride, qui pourrait être utile lors de la création de nouvelles interfaces cerveau-machine, » dit-il.

Après avoir maîtrisé la raie, Parker et son équipe travaillent sur un animal marin plus compliqué.

Science, DOI: 10.1126 ; New Scientist

Une manipulation de neurones spécifiques aide à effacer les mauvais souvenirs et améliorer les bons

Stony Brook, NY – 6 mai 2016 – Imaginez que la mémoire puisse être réglée d’une telle manière que les bons souvenirs sont améliorés pour ceux souffrant de démence ou que les mauvais souvenirs soient éliminés chez ceux souffrant d’un trouble de stress post-traumatique. Une équipe de recherche de la Stony Brook University a fait un pas en avant vers la possibilité de régler l’intensité de la mémoire en manipulant un des mécanismes naturels du cerveau pour les signaux impliqués dans la mémoire, un neurotransmetteur appelé acetylcholine. Leurs résultats sont publiés dans le journal Neuron.

http://www.neuroplasticite.com/mecanismes-neuroplasticite/stress/

Les mécanismes cérébraux sous-jacents à la mémoire ne sont pas bien connus. Mais la plupart des scientifiques pensent que la région du cerveau la plus impliquée dans la mémoire émotionnelle est l’amygdale cérébrale. L’acétylcholine est délivrée à l’amygdale par les neurones cholinergiques qui résident dans la base du cerveau.  Ces mêmes neurones semblent être affectés au début du déclin cognitif. Des recherches antérieures ont suggéré que l’apport de cholinergique dans l’amygdale semble renforcer les souvenirs émotionnels.

« Les souvenirs d’expériences chargées en émotion sont particulièrement forts, qu’ils soient positifs ou négatifs, et le but de notre recherche est de déterminer les mécanismes sous-jacents au renforcement de la mémoire », a déclaré Lorna Royle, PhD, Professeur et Présidente du département de Neurobiologie et Comportement  et co-directrice de l’Institut des Neurosciences à Stony Brook Medicine.

Dans le document, intitulé « Cholinergic Signaling Controls Conditioned Fear Behaviors and Enhances Plasticity of Cortical-Amygdala Circuits (Les contrôles de signalisation cholinergiques conditionnent les comportements de peur et augmente la plasticité des circuits cortical-amygdale)» le Dr. Role et ses collègues ont utilisé un modèle de mémoire basé sur la peur, sur des souris, pour tester les mécanismes sous-jacents de la mémoire, parce que la peur est une expérience forte et chargée émotionnellement.

L’équipe a utilisé l’optogénétique en utilisant la lumière pour contrôler les cellules dans les tissus vivants, afin de stimuler les « zones » spécifiques de neurones cholinergiques au cours des expériences.

Deux des conclusions de l’équipe se distinguent. Premièrement, quand ils ont augmenté la libération d’acetylcholine dans l’amygdale lors de la formation d’un souvenir traumatique, ça a considérablement augmenté la persistance du souvenir (renforcé la mémoire) rendant le dernier souvenir plus long de deux fois plus que la normale. Ensuite, quand ils ont diminué la signalisation de l’acetylcholine dans l’amygdale au cours d’une expérience traumatisante, celle qui produit normalement la réponse de peur, ils ont pu effectivement effacer le souvenir.

« Ce second résultat est particulièrement surprenant, car nous avons créé essentiellement des souris “sans peur” en manipulant les circuits d’acetylcholine dans le cerveau », a expliqué le Dr Role. « Les résultats fournissent une base pour la recherche examinant une nouvelle approche pour inverser le syndrome de stress post-traumatique ».

Le défi dans la poursuite des recherches est que les neurones cholinergiques restent difficiles à étudier parce qu’ils se mêlent à d’autres types de neurones et sont peu nombreux comparés à d’autres types de neurones dans le cerveau.

Parce que l’aceltylcholine est un mécanisme de signal naturel et semble essentiel pour la mémoire, des recherches supplémentaires seront axées sur les moyens non pharmacologiques pour manipuler ou ajuster la mémoire.

« Le but à long terme de notre recherche est que nous voudrions trouver des moyens – potentiellement indépendants de l’administration de médicament – pour augmenter ou diminuer la persistance de souvenirs spécifiques, garder les bons et diminuer les mauvais », résume le Dr. Role.

La recherche implique les professeurs et étudiants des départements de Neurobiology and Behavior de l’Université de Stony Brook, les sciences pharmacologiques, ainsi que CNS Disorders Center, l’Institut des Neurosciences, et le Program in Neurosciences. Les co-auteurs incluent Li Jian, Srikanya Kunda, James D. Lederman, Gretchen Y. Lopez-Hernandez, Elizabeth C. Ballinger, Shaohua Wang et David A. Talmage.

La recherche est financée en partie par le National Institute of Health.

traduction Benjamin Prissé

Stony Brook University

Utiliser l’optogénétique pour lutter contre la douleur chronique

Des chercheurs utilisent l’optogénétique pour soulager la douleur en éteignant des neurones avec de la lumière.

crédit McGill

Le potentiel de la lumière comme solution très précise et non invasive aux analgésiques est plus apparent grâce aux travaux menés par des chercheurs de l’Institut et hôpital neurologiques de Montréal de l’Université McGill et du Centre universitaire de santé McGill.

Des chercheurs ont élevé des souris ayant une sensibilité à  la lumière dans les neurones du système sensoriel périphérique, connus pour être responsables de la transmission de la douleur. Les souris ont été modifiées génétiquement pour que des neurones spécifiques, les nocicepteurs Nav 1.8+, expriment des protéines appelées opsines qui réagissent à la lumière, une technologie connue sous le nom d’optogénétique.

Lorsque les neurones sensoriels sont exposés à une lumière jaune-orange, ces opsines déplacent des ions positifs à travers la membrane, ce qui diminue l’activité bioélectrique des cellules. Concrètement, cela “éteint” les neurones et atténue la sensibilité de la souris au toucher et à la chaleur.

« Les opsines activée par la lumière jaune que nous avons ajoutées à ces neurones ont d’abord été isolées à partir d’archéobactéries», explique le professeur Philippe Séguéla, chercheur à l’Institut et hôpital neurologiques de Montréal et auteur principal de l’article. « Lorsque nous les transférons aux neurones Nav1.8+, nous pouvons contrôler leurs réponses simplement en éclairant leurs fibres situées dans la peau avec une lumière jaune-orange inoffensive. »

L’optogénétique est un champ de recherche en expansion rapide qui mène à diverses applications. Dans le cas présent, l’activité de neurones de signalisation de la douleur a été diminuée dans une partie circonscrite du corps de la souris, ici les pattes arrière, et la durée de l’effet peut aisément être contrôlée en jouant sur le temps d’illumination. La précision de cette technique met en évidence les avantages potentiels d’une utilisation chez les humains.

La luminothérapie basée sur l’optogénétique aurait l’avantage de procurer une analgésie (soulagement de la douleur) aux patients qui pourraient contrôler «à volonté» leur douleur en dirigeant la lumière sur la partie sensible de leur corps.

De nos jours, les opiacés constituent le traitement le plus courant de la douleur chronique. Or, ils sont souvent utilisés de façon systémique et non localisée à la région précise du corps affectée par la douleur. La durée des effets des opiacés peut être estimée, mais sans la précision que pourrait procurer un traitement à la lumière.

De nouvelles avancées en neurosciences sont nécessaires pour que cette méthode de soulagement de la douleur soit appliquée aux humains. Le Pr Séguéla estime qu’il serait possible de rendre des neurones humains photosensibles notamment en utilisant un vecteur viral inoffensif conçu pour leur transmettre temporairement les opsines.

Selon un rapport récent de l’Enquête sur la santé dans les collectivités canadiennes, un Canadien sur dix âgé de 12 à 44 ans, soit environ 1,5 million au total, a été ou est aux prises avec la douleur chronique – une douleur qui dure des mois ou des années et qui accompagne entre autres le diabète, l’arthrite, le cancer et le zona.  La douleur chronique réduit la capacité d’une personne à effectuer des tâches quotidiennes et peut causer d’autres problèmes de santé comme les troubles du sommeil et la dépression.

« La douleur chronique est un problème de plus en plus important sur le plan clinique, que nous soulageons principalement avec des opiacés depuis de nombreuses années. Son traitement reste difficile à cause du phénomène de tolérance, qui entraîne l’augmentation des doses et, par conséquent, l’apparition de graves effets secondaires.  Dans le futur, la luminothérapie pourrait être une façon très efficace de soulager la douleur chronique et d’éviter les inconvénients des analgésiques courants », précise le Pr Séguéla.

Ces travaux, publiés dans la revue eNeuro, ont reçu le soutien des Canadian Institutes of Health Research, du Natural Sciences and Engineering Research Council, du Quebec Pain Research Network, et de la Fondation Louise et Alan Edwards.

L’Institut et hôpital neurologiques de Montréal – le Neuro – est une destination de renommée mondiale en recherche sur le cerveau et en soins neurologiques de pointe. Depuis sa fondation en 1934 par le célèbre neurochirurgien Wilder Penfield, le Neuro est devenu le chef de file du domaine au Canada et un des plus grands centres spécialisés au monde. L’interaction étroite entre la recherche, les soins et la formation de spécialistes d’exception renforce le rayonnement du Neuro dans l’étude et le traitement des troubles du système nerveux. L’Institut neurologique de Montréal est un institut de recherche et d’enseignement de l’Université McGill reconnu mondialement. L’Hôpital neurologique de Montréal, un des cinq hôpitaux d’enseignement du Centre universitaire de santé McGill, apporte aux patients des soins de qualité exceptionnelle.

source : McGill University

Les souvenirs peuvent être réécrits à l’aide de l’optogénétique

La nouvelle étude d’Oxford donne à penser que l’optogénétique peut être la clé pour traiter la dépendance au niveau neurologique.

En dehors de la cure de désintoxication et un processus long et ardu de réhabilitation, il y a très peu de choses que la science peut faire pour inverser les conditions telles que la toxicomanie. Mais les scientifiques de l’Université d’Oxford ont réussi à réécrire des souvenirs positifs sur des souris toxicomanes associés à la cocaïne.

Cette découverte pourrait donner un aperçu important sur comment la science peut servir à inverser neurologiquement les mauvais comportements profonds.

Les neuroscientifiques derrière l’étude, Stéphanie Trouche et David Dupret, ont démarré par la formation des souris pour choisir un emplacement spécifique à l’aide de la cocaïne. Pour modifier l’association positive des souris, les scientifiques ont utilisé une technique génétique appelée optogénétique, où vivent les cellules du cerveau qui sont contrôlées à l’aide de câbles à fibres optiques.

Après le traitement, les souris ont perdu avec succès leur préférence pour l’environnement lié à la cocaïne, ce qui implique que la thérapie a permis à leurs souvenirs d’être réécrits. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Nature.

Lire l’article sur Gizmodo

DARPA projette de concevoir le modem cortical

S’il y a un nom très connu dans le domaine de l’innovation, c’est bien celui de l’Agence pour les projets de recherche avancée de défense en abrégé DARPA. Cette agence qui a été à l’origine d’internet par son réseau ARPANET se distingue par ses projets à l’avant-garde dans le domaine de la science.

Récemment, elle a organisé un évènement de deux jours dans la Silicon Valley afin de présenter son bureau de programme de biotechnologie à un panel de scientifiques, chercheurs, investisseurs… et profiter pour faire découvrir plusieurs projets actuellement en cours. Un des programmes qui a retenu l’attention de l’audience est le « modem cortical ».

Présenté par le directeur du programme Phillip Alvelda, le modem cortical s’apparente à une interface neurale ou simplement un implant qui permettra un affichage visuel d’informations sans l’encombrement des lunettes telles que les Google Glass ou autres dispositifs similaires. À court terme, les concepteurs comptent mettre sur pied un appareil de la taille de deux nickels empilés d’un coût d’environ dix dollars qui affichera physiquement les informations du cortex visuel par le biais de cette interface neurale. Si cette interface voit le jour, elle pourrait même intégrer les fonctions de lecture et d’écriture.

Sa réalisation ouvrira donc des portes sur un monde insoupçonné d’applications. En perfectionnant le dispositif par exemple, l’on pourrait restaurer les fonctions sensorielles d’un individu qui ne trouve pas de solution avec les méthodes présentes. Ainsi un patient souffrant de troubles visuels pourrait y trouver son compte à partir de cette technologie.

En spéculant davantage, on pourrait le porter dans le domaine de la réalité virtuelle. Il constituerait un bon remplacement aux dispositifs de réalité virtuelle qui s’avèrent pour l’heure très encombrants. À partir de là, il n’y qu’un pas pour envisager des usages uniquement disponibles dans les films de science-fiction. Ainsi, on peut penser à un affichage d’informations directement dans le cortex visuel comme une couche visuelle d’informations perceptible uniquement par celui portant le dispositif. Une forme d’image holographie invisible par l’entourage et perçue par l’individu qui porte le dispositif.

Il faut souligner que ce projet s’appuie sur les travaux de recherche de Karl Deisseroth dans le domaine de l’optogénétique. Pour rappel, l’optogénétique est un nouveau domaine de recherche associant l’optique et la génétique. Karl Deisseroth s’est illustré dans ce domaine en parvenant à rendre les neurones d’un animal sensibles à la lumière à partir de la manipulation d’un unique gène. Cela constitue une véritable avancée dans la génétique et l’optique, car un contrôle des neurones et par-delà du comportement est enfin possible à partir de la vision.

Toutefois, pour parvenir à la réalisation du modem cortical, il va falloir passer l’étape du problème éthique que soulève la modification de l’ADN. À ce sujet, les opinions sont aussi diverses que variées. Mais pour certains, cela ne constitue en rien un problème, car une personne s’est déjà portée volontaire pour se soumettre à ces manipulations génétiques dont les conséquences sont inconnues. Cela lui permettra d’obtenir la primeur du modem cortical.

source

 

Un pas vers le transhumanisme : contrôler les gènes par la pensée

Martin Fussenegger, professeur de biotechnologie et d’ingénierie biologique du département de biosystèmes de Bâle (Suisse), vient d’annoncer la maîtrise d’une technique nouvelle (voir article complet ci-dessous) : « Pour la première fois, nous avons réussi à faire intrusion dans les ondes du cerveau humain, pour les transférer sans fil vers un réseau de gènes, et finalement réguler l’expression d’un gène par le type de pensée. (…) C’est un rêve que nous poursuivons depuis plus d’une décennie. » Il s’agit, en clair, de contrôler la conversion des gènes en protéines – selon la quantité désirée – par la pensée. Difficile de ne pas y voir une étape vers le transhumanisme : ce mouvement qui cherche à « améliorer » l’homme lui-même grâce à la technique.

L’équipe suisse s’est inspiré du jeu Mindflex où le joueur porte un casque qui enregistre les ondes cérébrales au moyen de capteurs posés sur le front : l’électroencéphalogramme ainsi enregistré permet de donner des ordres à un ventilateur qui fait progresser une balle sur un parcours. C’est donc bien la pensée qui guide celle-ci.

Les bonnes intentions affichées du Transhumanisme

Les chercheurs suisses ont couplé le capteur à un récepteur Bluetooth qui agit sur un générateur en vue de créer un champ électromagnétique, lui-même relié à un implant pour l’alimenter avec un courant d’induction. Ce courant allume une lampe LED qui à son tour éclaire une chambre de culture contenant des cellules génétiquement modifiées : dès que celles-ci sont touchées par la lumière proche de l’infra-rouge, elles produisent la protéine recherchée. Le système fonctionne également en plaçant l’implant dans des souris.

L’application de ce processus pour l’instant bien compliqué pourrait se trouver dans le développement d’un implant dans le corps qui serait activé et contrôlé par la pensée, dès l’apparition d’un certain type d’ondes cérébrales, afin de combattre des maladies comme les maux de tête chroniques, le mal de dos ou l’épilepsie, estime l’équipe. Toutes applications vertueuses et souhaitables, bien sûr – et qui « justifient » ainsi un outil qui permet de s’immiscer dans le cerveau pour le maîtriser. Le transhumanisme présente toujours un visage d’ange.

Une équipe zurichoise est parvenue à déclencher la production d’une protéine à l’aide d’ondes cérébrales

L’implant conçu pour cette expérience active l’expression d’un gène grâce à une LED rouge, elle-même contrôlée par la pensée (Marc Folcher (ETH Zurich)

Dans la saga de science-fiction Dune, les femmes membres de l’ordre du Bene Gesserit sont capables de contrôler leur production enzymatique par la seule force de leur esprit. Imaginant un tel prodige, l’auteur Frank Herbert a prudemment situé l’action dans un futur distant de plusieurs millénaires, à l’autre bout de l’Univers. Et pourtant, des biologistes – Terriens – viennent de faire un premier pas vers le contrôle de l’expression de gènes par la pensée. Leurs travaux sont présentés cette semaine dans la revue Nature Communications.

L’expérience mise au point par l’équipe de Martin Fussenegger, de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich, consiste à contrôler l’expression d’un seul gène, celui d’une enzyme nommée SEAP, une protéine courante facilement mesurable dans l’organisme. L’activation du gène SEAP est contrôlée par optogénétique, une technique récente qui consiste à rendre des cellules animales sensibles à la lumière. Il faut pour cela les modifier génétiquement en leur faisant produire une protéine photosensible. Les neuroscientifiques en tirent grand profit, la méthode permettant notamment d’activer ou d’éteindre spécifiquement certains neurones par la lumière, comme Le Temps en a déjà rapporté plusieurs exemples. Mais un autre champ d’applications s’ouvre aux biologistes, celui de l’activation de gènes par la lumière, un domaine «vraiment prometteur mais qui n’en est qu’à ses balbutiements» explique le professeur Denis Jabaudon, de l’Université de Genève.

Dans la présente étude, les chercheurs ont génétiquement transformé deux types de cellules humaines en leur faisant produire une protéine d’origine bactérienne appelée DGCL, sensible à la lumière infrarouge. Une fois illuminée, cette dernière déclenche une cascade complexe de réactions biochimiques dont l’étape finale est l’activation du gène SEAP et la production de la protéine correspondante.

Pour vérifier la validité de cette manipulation chez l’animal, Martin Fussenegger et son équipe ont greffé un petit implant dans le dos d’une souris, juste sous sa peau. L’appareil est constitué d’un tube à essai, d’une LED, et d’une bobine de cuivre. Le tube à essai contient les cellules humaines modifiées par optogénétique, la LED sert à les illuminer, et la partie en cuivre à lui fournir du courant électrique. Une fois implantées, les cellules modifiées se répandent dans la circulation sanguine de l’animal, et les chercheurs n’ont alors plus qu’à mesurer le taux de SEAP dans son sang. Résultat, lorsque la LED éclaire les cellules de l’implant, le taux de SEAP est bien plus important que lorsque la LED est éteinte. En d’autres termes, la durée d’illumination contrôle directement le taux de protéines SEAP mesuré dans le sang.

Sachant que cet implant fonctionne sans fil et sans batterie, d’où provient l’électricité nécessaire à la LED? C’est là qu’interviennent les ondes cérébrales. Ces dernières ont des profils particuliers en fonction de notre état mental. Des volontaires humains ont revêtu un casque, l’équivalent d’un électro­encéphalogramme, qui enregistre ces ondes. Les chercheurs leur ont demandé de se concentrer un maximum afin de générer certaines ondes cérébrales caractéristiques. «Après dix minutes passées à jouer au jeu vidéo Minecraft, les sujets sont suffisamment concentrés, raconte Martin Fussenegger. Leur cerveau génère des ondes qui sont reconnues par une interface cerveau-machine.»

Une fois ce sésame cérébral reconnu, l’interface active un support sur lequel se promène la souris. Ce support est en fait une sorte de plaque à induction, source d’un champ magnétique qui va créer un courant électrique à distance, dans la bobine de l’implant. «C’est de l’induction électromagnétique, le même principe que les chargeurs sans fil pour smartphones», précise le biologiste.

En résumé, en se plaçant dans un état de concentration profonde, les cobayes humains ont pu allumer un champ magnétique qui a fourni du courant à une LED, laquelle a activé la production du gène SEAP dans la souris. Un peu alambiqué? Sans doute. En fait de contrôle de gènes par la pensée, il s’agit plutôt d’un contrôle indirect de la lumière d’une LED… «Le potentiel thérapeutique demeure incertain», déclare Denis Jabaudon. Pourquoi ne pas avoir utilisé des ondes radio, ou encore un simple ordinateur pour activer la LED? Pour Martin Fussenegger, cette utilisation est justifiée. «Chez un épileptique par exemple, l’idée serait d’empêcher une crise en détectant les ondes cérébrales annonciatrices et en déclenchant l’expression d’un gène précis.» «Encore faudra-t-il pouvoir reconnaître ces ondes en situation réelle, et savoir quel gène activer. Le chemin est encore long, mais c’est une preuve de principe», commente Denis Jabaudon.

Cette étude ressemble donc fort à une démonstration technique. Ce qui ne la rend pas inintéressante pour autant, notamment concernant «le fait de contrôler des gènes par optogénétique sans fil, à l’aide d’un champ magnétique», ajoute Denis Jabaudon. Actuellement, les dispositifs d’optogénétique sont très invasifs, avec des fibres optiques enfichées dans le crâne des souris. D’autres équipes ont elles aussi fait le pari du sans fil avec une micropuce implantable, contrôlée par Wi-Fi, qui envoie la lumière sur les cellules cibles. Faute de réellement contrôler les gènes par la pensée, ces recherches pourraient tout de même rapprocher l’optogénétique d’une application thérapeutique.

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