Les très hautes ambitions des explorateurs du cerveau

Dans le quartier de Sécheron à Genève, le logo du Human Brain Project remplacera bientôt celui de Merck Serono, ancien maître des lieux. Keystone

Lancement officiel, premières tranches de financement européen, annonce du déplacement de Lausanne à Genève: un an après sa promotion au titre de «flagship» de la recherche continentale le Human Brain Project (HBP) revient sous les feux de l’actualité. Tour d’horizon des espoirs et des promesses, mais aussi des doutes et des critiques.

Vu de la Silicon Valley, de Moscou ou de Shanghaï, Lausanne et Genève, c’est comme deux quartiers d’une même ville. Et le fait qu’ils se trouvent dans deux cantons différents ne veut pas dire grand-chose.

Un an après (1/3)

Janvier 2013: La Commission européenne annonce les résultats de son concours «flagships», projets scientifiques promis à un financement public d’un milliard d’euros. Trois des finalistes étaient suisses. Un est gagnant, les deux autres recalés. Un an après, swissinfo.ch fait le point.

La Suisse aussi commence à se faire à ces réalités. Quand on a la chance d’être le siège d’un projet scientifique d’ampleur au moins continentale, l’esprit de clocher n’a plus sa place. En annonçant le 29 octobre le déménagement du HBP à Genève, les dirigeants de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) n’ont pas déclenché de tempête d’indignation.

Une décision dictée par le pragmatisme: les anciens locaux de Merck Serono à Genève sont directement utilisables, alors qu’à Lausanne, il aurait fallu construire Neuropolis, un bâtiment devisé à 100 millions d’euros et financé par un partenariat public-privé. Et comme il faut aller vite si l’on veut présenter un premier modèle informatique du cerveau en 2023, dès l’année prochaine, 120 scientifiques et collaborateurs du HBP se déplaceront de 50 kilomètres.

Keystone

Un parcours excitant et semé d’embûches

En attendant, c’est encore à Lausanne qu’a eu lieu début octobre le lancement officiel du HBP. Avec plus de 130 instituts de recherche d’Europe et du monde entier, des centaines de scientifiques de domaines variés et un budget de 1,2 milliard de francs suisses, le HBP et ses équipes de recherche affichent de grandes ambitions.

Henry Markram, patron du projet, se dit confiant dans le fait que la phase de lancement de 30 mois va permettre de fournir les principales réalisations initiales. Il s’agira d’élaborer la technologie de base pour une simulation informatique du cerveau et d’établir une base de données unifiée qui réunira les dizaines de milliers de publications qui paraissent chaque année dans le domaine des neurosciences.

Grâce aux soutiens financiers dont il bénéficie, le HBP devrait partir en tête face à une autre méga initiative, le projet américain BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), annoncé en avril par le président Barack Obama et financé à hauteur de 100 millions de dollars.

Le milliard en tranches

Dès le lancement de son concours «flagships», la Commission européenne a annoncé le chiffre d’un milliard d’euros sur dix ans. Le budget du HBP est de 1,2 milliard. Mais seuls 500 millions viendront effectivement de Bruxelles. Comme l’explique Daniel Pasini, de la Direction de la communication de la CE «l’idée est aussi de construire une Europe de la recherche plus efficace, où les Etats puissent participer à de grands projets».

Le 1er octobre 2013, une première tranche de 54 millions a été répartie entre l’EPFL et plus de 110 partenaires du réseau HBP. Elle correspond à la phase dite préparatoire, qui va durer 30 mois. Au terme de cette période, un panel d’experts examinera si le projet se développe comme prévu. Le cas échéant, il émettra des recommandations pour corriger ou réorienter ce qui ne fonctionne pas bien. Les fonds communautaires sont alloués dans le cadre du budget du 7e programme-cadre de recherche européen, qui sera rediscuté tous les 30 mois par les Etats membres de l’UE. La Suisse, Etat associé, ne prend pas part aux décisions, mais contribue au financement en fonction de son PIB, au même titre que la Turquie, l’Islande ou la Norvège.

Le solde du financement sera à trouver auprès des Etats et des privés. A l’heure actuelle, le HBP annonce avoir recueilli des engagements pour 415 millions, sur les 700 nécessaires. «La Suisse et l’Allemagne ont déjà excédé leur devoir, et nous avons de grandes contributions également de l’Espagne, ce qui ne veut pas dire que ces pays ne donneront plus rien», se réjouit Richard Walker, porte-parole du projet. Et il y a tous les autres. Même si l’heure est plutôt aux restrictions budgétaires, le risque de voir les 22 pays concernés faire défaut en même temps est jugé minime.

100’000 milliards de connexions

Certains ont comparé le HBP au projet du génome humain, qui a permis d’établir un séquençage complet de l’ADN de notre espèce, achevé en 2003. Mais leurs buts sont différents. Le HBP ne prévoit pas de cartographier l’ensemble du cerveau humain, ce qui serait bien trop complexe.

«Pour mesurer toutes les connexions dans le cerveau – il y en a jusqu’à 100’000 milliards – nous ne pouvons pas cartographier chacune d’elles expérimentalement, explique Henry Markram. Mais en utilisant ce que nous savons de la manière dont les neurones sont connectés entre eux, nous pouvons construire des algorithmes qui nous donneront un modèle de prédiction, et ensuite vérifier les connexions».

Depuis huit ans, à l’enseigne du projet Blue Brain, le professeur et son équipe de l’EPFL ont testé ces méthodes de «reverse engineering». Le principe est simple: au lieu de dessiner un objet avant de le construire, on part d’un objet existant et on essaye d’en dresser le plan. Sauf qu’ici, l’objet est incroyablement complexe: le cerveau humain compte jusqu’à 100 milliards de neurones, chacune étant capable d’établir en moyenne 10’000 connexions (ou synapses) avec ses voisines.

Jusqu’ici, avec des tranches de cerveau de rat comme modèles et un super ordinateur IBM Blue Gene, les chercheurs sont parvenus à simuler le fonctionnement d’une colonne néocorticale, unité de base du cerveau des rongeurs comme du nôtre. Mais une telle colonne ne compte encore que 30’000 neurones.

Ordinateurs du futur

Autant dire que pour simuler un cerveau humain, il faudra disposer d’ordinateurs plus puissants que tout ce qui existe aujourd’hui. Actuellement, le Blue Gene est capable d’effectuer des millions de milliards d’opérations à la seconde, mais il faudrait bien mille de ces grosses machines pour approcher la capacité qu’a le cerveau humain d’accomplir simultanément plusieurs tâches complexes.

L’énergie pose également un gros problème. Notre cerveau consomme l’équivalent d’une ampoule (une vingtaine de watts), mais en l’état actuel, des ordinateurs capables de l’imiter auraient quasiment besoin d’une centrale électrique à eux seuls.

Pas de quoi décourager l’équipe du HBP. Avec l’évolution rapide de la technologie et de l’informatique neuromorphique (des machines capables d’apprendre comme un cerveau), Henry Markram et les siens parient sur les premières simulations en moins d’une décennie. Deux groupes associés au HBP, dans les université de Manchester et de Heidelberg travaillent déjà sur des programmes neuromorphiques avancés.

De faux neurones en silicone (présentation du sous-projet 9 du HBP, en anglais)

Human Brain Project

Un autre but du projet est de créer une plateforme médicale informatisée qui va compiler les données sur les maladies mentales des hôpitaux publics et des compagnies pharmaceutiques. Leur analyse permettra d’identifier des groupes de troubles neurologiques. Cette nouvelle classification, «fondée biologiquement» devrait encourager le développement de nouveaux outils et de nouvelles stratégies pour la recherche pharmaceutique et le traitement de maladies comme l’Alzheimer.

Tout le monde n’est pas convaincu

Très ambitieux, le projet n’a pas manqué de susciter des réserves chez certains scientifiques. En janvier 2012, lorsque Henry Markram présente sa vision à Berne devant les Académies suisses des sciences, il se heurte à une vague de scepticisme. Les critiques portent alors sur la mauvaise conception du projet, sur sa trop grande complexité et sur l’absence d’objectifs clairement définis.

Revenant un mois plus tard sur la réunion de Berne, la revue Nature cite notamment Rodney Douglas, co-directeur de l’Institut de neuroinformatique commun à l’Université et à l’EPF de Zurich, et ancien mentor de Markram, qui appelle à «plus de diversité dans les neurosciences». Pour lui, la recherche sur le cerveau a besoin «d’autant de gens que possible, exprimant autant d’idées différentes que possible».

Près de deux ans plus tard, on entend encore des critiques de ce type.

«Je pense qu’une bonne partie de la communauté scientifique, qui n’est pas intimement impliquée dans ce projet, estime qu’il vise à côté de la cible. Le HBP n’est pas construit sur la théorie, mais mené de manière empirique. La vérité, c’est que nous n’en savons pas assez sur les structures et sur les processus à l’œuvre dans le cerveau pour produire des modèles de ce type. L’Union européenne s’est légèrement fait avoir en acceptant de le financer», estime Stephen Rose, professeur de neurobiologie à l’Open University et à l’Université de Londres.

«Je préférerais que l’on donne des moyens aux programmes du Conseil européen de la recherche ou du Fonds national suisse, qui sont complétement impartiaux et qui cherchent juste les bonnes idées pertinentes et les chercheurs intelligents», juge pour sa part Martin Schwab, titulaire de la chaire de neurosciences de l’Université et de l’EPF de Zurich.

Pas de quoi décourager Henry Markram. «De nombreuses personnes critiquent le projet et demandent ‘est-ce vraiment possible?’, note le patron du HBP. Mais nous admettons tous que nous n’allons pas comprendre le cerveau d’un coup. C’est pourquoi nous allons aussi réunir toutes les bribes d’information que nous avons produit depuis des décennies».

Vrai ou faux?

Cinq idées reçues sur le cerveau humain et ses capacités

Nous n’utilisons que 10% de notre cerveau – FAUX. Ce mythe a plusieurs sources, dont le fait que les neurones ne représentent en gros que 10% des cellules du cerveau (le reste étant des cellules gliales). Même s’il est vrai que nous n’utilisons jamais notre cerveau à 100% à un instant donné, toutes les régions sont actives à un moment ou à un autre de la journée, même lorsque nous ne faisons rien.

Le cerveau droit est intuitif, le cerveau gauche est cartésien – VRAI ET FAUX. L’hémisphère droit nous ferait comprendre et apprécier l’art, la musique, ou la beauté de la nature. L’hémisphère gauche contrôlerait les fonctions telles que la parole, l’écriture et le calcul. En fait, les fonctions qui ont un hémisphère dominant dépendent aussi de régions localisées dans l’autre moitié du cerveau. D’ailleurs les deux hémisphères échangent des informations en permanence.

On naît avec un certain nombre de neurones et on ne fait qu’en perdre au cours de la vie – FAUX. Le bébé naît avec environ 100 milliards de neurones. Ce sera son principal stock pour toute sa vie. Mais à l’âge adulte, des nouveaux neurones sont créés, qui permettraient de réduire les interférences entre les souvenirs en les datant, pour les trier. Ce renouvellement neuronal diminue avec l’âge, mais la dépression, le stress ou le manque de sommeil le freinent aussi notablement.

Plus le cerveau est gros, plus on est intelligent – FAUX. Albert Einstein avait un cerveau de 1,25 kg, tout à fait dans la moyenne. Plus que la taille, c’est l’organisation cérébrale (zones plus ou moins développées), les circuits et les connexions entre neurones qui influencent les capacités intellectuelles d’un individu. Ces paramètres sont déterminés par les gènes et par l’environnement social.

Réfléchir, c’est fatiguant – VRAI. Alors que le cerveau ne représente que 2% du poids d’un adulte, il reçoit 15% du sang, utilise 20% de l’oxygène et 25% du glucose que consomme notre corps entier. Et nous utilisons plus de glucose et d’oxygène lors de la pratique d’une activité mentale. En équivalent énergétique, le cerveau consomme entre 10 et 25 watts selon le niveau d’activité et de concentration, ce qui est dérisoire en regard de ce que consommerait un «cerveau» informatique de puissance comparable.

(source:echosciences-grenoble.fr)

Collaboration: Marc-André Miserez