Une loi mathématique propose une théorie de grande unification du cerveau
L'office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques (STOA - Science and Technology Options Assessment) a organisé le 16 mars 2010 une conférence à l'occasion de la «Brain Awareness Week» («Semaine 'Cerveau en tête'»). Dans le cadre de l'événement, le professeur Karl Friston du centre de neuroimagerie de la fondation Wellcome Trust a été invité à présenter des travaux qui pourraient révolutionner la recherche sur le cerveau. Le professeur Friston a en effet conçu une loi mathématique qui se rapproche d'une théorie de grande unification du fonctionnement du cerveau. Une telle théorie, accompagnée d'une équation simple, pourrait éclaircir le mystère qui entoure les maladies neurogènes et d'autres maladies, et montrer comment l'homme apprend et prend des décisions. Chez l'homme, près de 35% des maladies trouvent leur origine dans le cerveau. À l'échelle de l'Europe, cette théorie pourrait mener à revoir la façon de conduire les recherches sur le cerveau. Paul Rübig, président du STOA, signale que l'an dernier, l'UE a consacré plus de 400 millions d'euros pour soigner les maladies et troubles neurodégénératifs. La compréhension du fonctionnement du cerveau aide les chercheurs à imaginer des traitements; aussi cette théorie pourrait-elle être bénéfique pour les malades, mais aussi permettre d'orienter le financement de l'UE vers la recherche sur le cerveau. Pendant des dizaines d'années, les scientifiques ont étudié le cerveau à l'aide de diverses méthodes, depuis la dissection jusqu'au traitement d'images et à la visualisation via les rayons X, l'imagerie par résonance magnétique ou la tomodensitométrie. On comprend donc mieux les représentations physiques des différentes parties du cerveau, mais son intégration fonctionnelle ainsi que les principes des interactions entre les neurones restaient un mystère, ou du moins, jusqu'à ce que le professeur Friston conçoive sa théorie. «Il s'agit d'une modélisation fondamentale du cerveau. Pour nous, c'est un rêve devenu réalité: nous disposons maintenant d'un cadre théorique avec lequel nous travaillons pour observer ce qui se passe dans le cerveau», déclare le Dr Thierry Metens du département de radiologie de l'hôpital Erasmus de l'université libre de Bruxelles, qui a participé à l'évènement. «J'ai eu comme une illumination», se souvient le professeur Friston lorsqu'il a compris le plein potentiel de l'idée. «Tout, de l'action à la perception, est conçu pour minimiser l'énergie libre. La difficulté est de comprendre le couplage et l'intégration des zones du cerveau.» Les travaux du professeur Friston s'appuient sur la théorie du cerveau bayésien, qui suppose que le cerveau fonctionne selon un principe probabiliste dans lequel il évalue en permanence des prévisions du monde extérieur, puis les met à jour en fonction des informations que lui apportent les sens. La théorie du professeur Friston suppose qu'en accord avec le principe de l'énergie libre, l'action et la perception conduisent à l'optimisation de l'activité neuronale et neuromusculaire en supprimant les erreurs, à partir des modèles résultant des données sensorielles. Le principe de l'énergie libre est essentiellement un système de prévision des erreurs. Cette énergie peut être mise à l'oeuvre dans un système, une fois que l'on en a retiré l'énergie inutilisée. Par exemple, les milliers d'étourneaux qui composent un vol virevoltent comme un essaim auto-organisé pour minimiser les risques de surprise. Les oiseaux ne peuvent estimer le risque mais ils sont capables d'évaluer l'énergie libre qui, selon la théorie de Friston, est toujours supérieure au risque. En conséquence, ils minimisent l'énergie libre, de sorte que les erreurs sont réduites et conduisent à des surprises minimes. La minimisation de l'énergie libre a également des implications sur l'apprentissage, le neurodéveloppement et l'évolution. «L'homéostasie nous garde en vie en minimisant les surprises résultant de notre environnement», ajoute le professeur Friston. La conférence a été suivie d'un atelier concernant la mesure des fonctions du cerveau. Les intervenants ont discuté des récents progrès dans l'imagerie du cerveau, de la directive 2004/40/CE de l'UE et de ses relations avec l'imagerie par résonance magnétique. Le STOA propose aux commissions du Parlement européen des évaluations d'expert indépendantes des choix scientifiques ou technologiques dans le domaine des politiques. Il a organisé la «Semaine 'Cerveau en tête'» en coopération avec European Dana Alliance et le Belgian Brain Council.