L’ESSENTIEL

• Les sols sous nos pieds sont vivants : un seul gramme de sol peut contenir des milliards de bactéries.

• Dans les friches industrielles dont les sols sont pollués, certaines bactéries sont capables de se nourrir des polluants et prolifèrent.

• L’analyse de leur ADN et des tests en laboratoire permettent de comprendre comment elles dégradent ces substances, ce qui pourrait nous aider à améliorer la dépollution des sols.

Dans les Appalaches et la Rust Belt, cette région des États-Unis marquée par le déclin industriel, notamment à Pittsburgh, d’anciens sites industriels sont reconvertis en nouveaux quartiers, en centres de recherche et en pôles technologiques. Mais, sous ces sites, une autre transformation est à l’œuvre depuis des décennies.

Ces friches sont d’anciens sites industriels ou commerciaux. Les projets de reconversion peuvent être rendus compliqués par la pollution, et sont souvent définis autour des vestiges de leur activité passée — des usines abandonnées, des terrains vacants et des sols contaminés par des substances cancérogènes. Mais, sous la surface, ces friches sont des écosystèmes vivants : des milliards de microbes peuplent leurs sols. À Pittsburgh, certains réagissent et s’adaptent depuis des décennies à la pollution héritée du passé industriel de la ville.

Microbiologiste, je me suis intéressé à ce sujet à cause d’une friche toute proche de moi. Mon laboratoire, à l’université Carnegie Mellon, se trouve à seulement trois kilomètres de Hazelwood Green, un ancien site industriel de 72 hectares qui borde la rivière Monongahela, à Pittsburgh.

Pendant plus d’un siècle, ce site a accueilli des activités sidérurgiques, notamment celles de la Jones & Laughlin Steel Co. À son apogée, cette entreprise industrielle employait des milliers d’ouvriers. Elle a contribué à faire de Pittsburgh la « ville de l’acier ».

L’histoire de Pittsburgh a aussi laissé un héritage chimique. Comme sur beaucoup d’anciens sites industriels, les sols de Hazelwood Green étaient contaminés par des hydrocarbures pétroliers, des métaux lourds et d’autres polluants, ce qui lui a valu d’être classée comme friche industrielle polluée. Parmi ces contaminants figurent le benzène, le toluène, l’éthylbenzène et les xylènes, un ensemble de composés dérivés du pétrole regroupés sous l’acronyme BTEX. Ces substances peuvent être toxiques pour les humains et d’autres organismes, et certaines sont reconnues comme cancérogènes.

Au cours des dernières décennies, la reconversion de Hazelwood Green a demandé de dépolluer les sols. Le site est devenu un nouveau pôle de recherche, de technologie et d’initiatives locales. Ces travaux soulèvent une question biologique intéressante : que sont devenus les micro-organismes qui vivaient dans ces sols lorsqu’ils étaient contaminés ? Et leur manière de faire face à cette pollution peut-elle nous aider à mieux dépolluer d’autres friches à l’avenir ?

La pollution comme expérience évolutive

Les sols abritent une extraordinaire diversité de microorganismes. Un seul gramme peut contenir des milliards de bactéries appartenant à des milliers d’espèces différentes.

Lorsque des polluants comme les BTEX pénètrent dans cet environnement, les microbes font face à un nouveau défi écologique. Pour de nombreux organismes, ces substances peuvent être toxiques. Mais certains microbes possèdent déjà des mécanismes métaboliques qui leur permettent de les tolérer, voire de s’en nourrir. Ils disposent ainsi d’un avantage sur les autres bactéries présentes sur le site.

Au fil du temps, la pollution exerce une pression de sélection sur ces microbes. Les bactéries capables d’y survivre, voire de dégrader les polluants, deviennent plus nombreuses. Et elles peuvent transmettre cette capacité à d’autres bactéries, au-delà de leur propre descendance, en échangeant directement des gènes.

À Hazelwood Green, des décennies de pollution industrielle ont ainsi constitué, sans que personne l’ait voulu, une gigantesque expérience sur l’évolution. Mon laboratoire, au sein du département de biologie de l’université Carnegie Mellon, cherche à en comprendre les résultats. Nous prélevons des échantillons de sol dans différentes zones de Hazelwood Green, dont les niveaux de contamination passés varient.

Les carottes de sol – des échantillons cylindriques prélevés verticalement depuis la surface, qui préservent les différentes couches du sol – nous permettent d’examiner les communautés microbiennes en profondeur. Nous en extrayons l’ADN, puis procédons à un séquençage métagénomique. Cette technique permet d’identifier tous les micro-organismes présents dans un échantillon environnemental directement à partir de leur ADN, plutôt que de les cultiver et de les étudier un par un.

Au-delà de l’identification des microbes présents, nous cherchons à comprendre ce dont ils sont capables. L’un de nos objectifs est de repérer les gènes bactériens associés à la dégradation des BTEX et d’autres hydrocarbures.

Nous avons reporté sur une carte du site actuel des données de contamination couvrant plusieurs décennies, puis comparé l’abondance des microbes selon les lieux et les profondeurs. Nous cherchons ainsi à savoir si la pollution passée a laissé une empreinte durable sur les communautés microbiennes de Hazelwood Green.

À la recherche de microbes qui se nourrissent de polluants

Le séquençage de l’ADN nous aide à comprendre ce dont les microbes pourraient être capables. Mais nous vérifions aussi directement ces prédictions. Nous isolons des bactéries provenant de Hazelwood Green et d’autres sites de Pittsburgh, puis nous testons leur capacité à se nourrir de différents polluants, pris un à un.

Le principe de l’expérience, qui vise à repérer les bactéries capables de dégrader les BTEX, est simple. Habituellement, les bactéries sont cultivées en laboratoire dans des milieux riches en nutriments, contenant des sucres, des acides aminés et d’autres composés qu’elles peuvent facilement consommer. Nous les cultivons, au contraire, dans un milieu minimal dépourvu de toute source de carbone. Or, pour se développer, la plupart des bactéries ont besoin d’une source de carbone organique, qui constitue en quelque sorte leur « nourriture ».

Nous ajoutons alors un polluant — benzène, toluène, éthylbenzène ou xylène — comme unique source de carbone dans le milieu de culture. Si les bactéries se développent, cela suggère qu’elles peuvent s’en nourrir. Ce faisant, elles éliminent le polluant de leur environnement et contribuent à dépolluer le sol.

Identifier ces organismes un par un prend du temps. Nous avons donc noué un partenariat avec l’AI Science Foundry de l’université Carnegie Mellon, un laboratoire robotisé et automatisé installé à Bakery Square, une autre friche de Pittsburgh désormais dépolluée.

Ses systèmes robotisés nous permettent de tester simultanément des milliers d’espèces de bactéries et de mesurer la capacité de chacune à dégrader des polluants comme les BTEX. En parallèle, les outils en accès libre que nous développons, comme BTEXgenie, recherchent dans les génomes bactériens les gènes susceptibles de contribuer à la dégradation des polluants.

Cette approche inverse l’ordre habituel des recherches. Plutôt que d’étudier un organisme à la fois en espérant qu’il soit utile, nous pouvons d’abord analyser des milliers de génomes pour repérer les candidats prometteurs, puis vérifier en laboratoire lesquels sont effectivement capables de dégrader les polluants. Chaque série de tests améliore aussi notre capacité à prédire les fonctions d’un microbe à partir de son seul ADN. Plus nous apprenons, plus le processus s’accélère.

Les microbes peuvent-ils dépolluer nos sols ?

Dépolluer les sols est difficile et coûteux. Les méthodes courantes – excaver les terres contaminées ou les recouvrir de matériaux propres – peuvent rendre un terrain suffisamment sûr pour permettre sa reconversion, sans pour autant éliminer les polluants. Une surveillance à long terme peut donc rester nécessaire.

L’utilisation de microorganismes pour éliminer les polluants de l’environnement n’est pas une idée nouvelle. La bioremédiation est déjà employée pour traiter les marées noires et les eaux usées. Dans de nombreux cas, les microbes dégradent naturellement ces contaminants au cours de leur croissance, les transformant en composés moins nocifs.

Toutefois, l’efficacité de la bioremédiation varie selon les polluants et les sites contaminés. L’une des principales difficultés consiste à identifier des microbes capables de dégrader un contaminant donné tout en se développant dans les conditions du milieu où il se trouve. C’est là que l’étude des microbes vivant déjà dans des environnements pollués nous donne un avantage.

En identifiant ces microbes naturellement adaptés à la pollution et en comprenant comment ils métabolisent les polluants, nous pourrions améliorer les méthodes actuelles de bioremédiation.

Alors que les anciens sites industriels de Pittsburgh et de la Rust Belt se transforment en pôles scientifiques et technologiques, certaines des innovations biologiques dont nous avons besoin se développent peut-être depuis longtemps sous nos pieds. Nous commençons tout juste à découvrir ce que ces microbes ont appris.

Catherine Armbruster bénéficie d’un financement de la Richard King Mellon Foundation pour étudier la dépollution des friches industrielles par les micro-organismes.

L’ESSENTIEL

• En Ouganda, une étude récente chez les chimpanzés dans leur milieu naturel est parvenue pour la première fois à les filmer endormis.

• Les mâles dominants réduisent leur temps de sommeil en présence d’autres mâles, probablement pour surveiller de potentiels rivaux, mais également en présence de femelles en activité sexuelle.

• Cette étude illustre les compromis nécessaires entre sommeil et activités sociales que les animaux doivent adopter dans la nature.

Dormir est essentiel : système immunitaire, mémoire, apprentissage, et tant d’autres fonctions biologiques tirent profit des heures passées dans cet état d’inconscience réversible. Mais qui dit sommeil, dit impossibilité de chercher de la nourriture, de se protéger des prédateurs, de se reproduire ou d’entretenir des relations sociales. Comment les individus parviennent-ils à gérer ce compromis entre activités et sommeil ?

Au sein d’espèces grégaires, comme de nombreux primates (dont les humains), les facteurs sociaux, tels que le rang, la taille ou la composition du groupe, pourraient plus particulièrement influencer la durée, la phase et la fragmentation du sommeil.

Pour mieux comprendre cette balance entre sommeil et vie sociale, nous avons mené une étude chez l’un de nos plus proches cousins, le chimpanzé. Ce primate vit en communautés de plusieurs dizaines voire centaines d’individus, selon un modèle de fission-fusion : au cours de la journée, les individus peuvent être seuls, se regrouper ou se séparer de manière dynamique en sous-groupes de taille variable. Afin d’étudier ces interactions dans toute leur complexité, nous avons suivi les chimpanzés dans leur milieu naturel, au sein de la communauté de Sonso dans la forêt de Budongo, en Ouganda.

Cette communauté, occupant un territoire d’environ 6 kilomètres carrés, est composée d’environ 70 individus, dont 10 mâles adultes. Elle est suivie quotidiennement depuis plus de trente ans ; les chimpanzés sont donc très habitués à la présence humaine.

Filmer le sommeil de chimpanzés dans leur milieu naturel

Pas facile du tout de mesurer le sommeil de chimpanzés sauvages. Il faut savoir que ces grands singes construisent des nids individuels à 12 mètres de hauteur en moyenne ! Et comme si cela ne suffisait pas, ils construisent un nouveau nid chaque soir, rendant impossible la pose de caméras fixes. Le premier défi de cette étude a donc été de trouver un moyen de filmer l’intérieur de ces nids.

Pour ce faire, nous suivions un chimpanzé dans la forêt de l’aube jusqu’au soir, où l’individu construisait son nid pour la nuit. Il fallait alors être très rapide et efficace : en quelques minutes, nous devions noter l’heure à laquelle l’individu s’était couché, mesurer la hauteur du nid, décider l’endroit idéal pour poser notre caméra, le dégager grossièrement, et patienter en silence pour ne pas déranger les chimpanzés en train de se coucher. Nous relevions également l’identité de tous les individus présents dans des nids dans un rayon de 25 mètres.

Une fois la nuit tombée, il était temps de déployer dans la plus grande discrétion une perche télescopique pouvant atteindre 16,5 m de haut. Au sommet de cette perche, un piège-caméra (caméra très robuste utilisée pour suivre la faune sauvage) filmant en infrarouge était positionné à la hauteur du nid. Le tour était joué ! Il ne restait plus qu’à revenir le lendemain matin récupérer la perche et les vidéos enregistrées pendant la nuit.

Nous avons ainsi filmé 116 nuits chez 35 individus de sexe et d’âge différents. Chaque nuit, nous avons mesuré la durée totale du sommeil, sa fragmentation (nombre de réveils nocturnes par heure) ainsi que l’heure de réveil.

Ce travail a permis d’obtenir les toutes premières données sur le sommeil des chimpanzés en milieu naturel. Ils dorment en moyenne neuf heures et trente minutes par nuit, une valeur supérieure de deux heures à celle de l’humain, mais avec de grandes disparités, tant interindividuelles que d’une nuit à l’autre, la durée de sommeil pouvant varier de sept heures à onze heures et demie par nuit.

Comme les humains, ils dorment principalement sur le côté et sur le dos, mais ont la particularité de dormir assis quand il pleut ! Ils se réveillent en moyenne trois fois par nuit pour faire leurs besoins (jamais à l’intérieur du nid, par propreté), pour échanger des vocalisations avec leurs congénères et même parfois pour se délecter de quelques feuilles aux alentours. Nous avons ensuite étudié l’impact des facteurs sociaux sur le sommeil plus en détail.

Les mâles dominants dorment moins longtemps que les autres mâles

La communauté de Sonso étant suivie depuis des années, des données sur chaque chimpanzé sont disponibles, notamment concernant l’évolution de leur rang social. Ainsi, les mâles et les femelles peuvent être classés, de l’individu le plus dominant au plus subordonné.

En comparant la durée de sommeil entre les individus dominants et subordonnés, il résulte que les mâles dominants sont ceux qui dorment le moins et ont le sommeil le plus fragmenté. Ils dorment en moyenne huit heures et demie par nuit contre neuf heures et demie chez les autres mâles. Une heure de sommeil peut sembler anecdotique, mais il s’agit ici d’une moyenne. Cette heure, cumulée sur de longues périodes, représente en réalité une grande différence et un manque de sommeil non négligeable !

Les mâles dominants étant responsables du groupe, il leur incombe un rôle de protection, ce qui expliquerait les réveils plus fréquents. Cependant, une interprétation alternative est possible : ces réveils pourraient plutôt refléter une vigilance accrue à l’égard de la concurrence, c’est-à-dire des autres mâles.

Pour étayer cette seconde hypothèse, nous avons observé que la durée de sommeil chez les dominants était fortement modulée par le nombre de mâles présents dans le groupe de sommeil : plus ce nombre était élevé, plus la durée de sommeil était réduite chez les mâles dominants (en moyenne douze minutes de moins par mâle supplémentaire présent), alors que l’effet inverse était observé chez les individus subordonnés, qui, eux, pourraient bénéficier d’un sentiment de sécurité accru en groupe.

En étudiant les comportements adoptés par les chimpanzés lors des réveils nocturnes, une autre observation tend également à confirmer cette hypothèse : les mâles dominants étaient davantage susceptibles d’avoir un comportement de vigilance (regards répétés aux alentours) lorsque le nombre de mâles dans le groupe augmentait !

Entre se reproduire et dormir, il faut choisir !

Autre observation intéressante, bien que plus prévisible : la présence d’une femelle en œstrus (c’est-à-dire en activité sexuelle) dans le groupe de sommeil chamboule le sommeil des mâles : construction de nid tardive, sommeil réduit (en moyenne de vingt-trois minutes par nuit), fragmentation accrue et réveil avancé. En somme, le sommeil est sacrifié pour optimiser ses chances d’accéder aux femelles pendant ou après la nuit, mais peut-être au prix d’une santé altérée ?

Un coût à payer pour le sommeil réduit ?

Les heures de sommeil en moins se répercutent-elles sur d’autres fonctions, notamment cérébrales ? En effet, il est connu chez les humains et chez les rongeurs qu’un sommeil court et fragmenté altère les fonctions cognitives et émotionnelles. Alors, comment les mâles dominants maintiennent-ils un niveau d’attention élevé le jour malgré un sommeil réduit, alors qu’ils sont précisément les individus dont le statut exige des performances cognitives plus élevées pour surveiller le groupe, gérer les interactions sociales et maintenir leur position hiérarchique ?

Pour répondre à cette question, il faudrait mesurer les performances cognitives des chimpanzés dans leur milieu naturel, mais ce protocole est très difficile à mettre en place en raison de la nécessité d’isoler l’individu du groupe le temps de lui faire passer le test. En attendant, on peut seulement émettre des hypothèses.

Il est possible, tout d’abord, que les individus dormant moins la nuit compensent grâce à des siestes le jour, mais aucune de nos données n’étaye cette hypothèse pour l’instant. Il est également possible que certains individus possèdent des adaptations génétiques leur permettant de performer aussi bien que les autres, même avec très peu de sommeil. Enfin, le manque de sommeil généré n’est peut-être pas suffisant pour engranger des déficits cognitifs. De manière intéressante, plusieurs études menées au sein d’autres espèces non primates ont démontré qu’un déficit de sommeil n’entraînait pas de désagréments immédiats et pouvait même favoriser la reproduction !

Et chez les autres primates ?

Observe-t-on les mêmes phénomènes chez les autres espèces grégaires de primates ? Il est un peu tôt pour répondre à cette question tant les études sur le sommeil en milieu naturel sont rares. Cependant, des études chez les babouins (Papio ursinus) en milieu naturel et chez les géladas (Theropithecus gelada), cette fois-ci en captivité, corroborent nos observations : les individus dominants sont ceux qui dorment le moins.

Par ailleurs, d’autres études chez les orangs-outans et les babouins montrent que plus la taille du groupe augmente, plus le sommeil est réduit et fragmenté : dormir en groupe pourrait favoriser les interactions sociales, les opportunités d’accouplement ou la protection contre les prédateurs, mais au prix d’un sommeil moins long et de moindre qualité.

Et chez l’humain, quel parallèle pouvons-nous tirer de ces résultats ? Il semblerait que nos ancêtres aient été confrontés au même genre de dilemme que leurs cousins. En effet, de tous les primates, l’humain est celui qui dort le moins ! Une hypothèse est que la maîtrise du feu aurait allongé artificiellement les journées et, ainsi, les interactions sociales, en échange d’un sommeil plus réduit, faisant écho à ce qu’il se passe chez les autres singes. Pour compenser, il aurait développé un sommeil plus profond, lui permettant de maintenir des performances sociales et cognitives élevées. Est-ce que les chimpanzés sont capables de telles adaptations ? Mystère…

Clara Hozer ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

L’ESSENTIEL

• Le Nobel de médecine 2026 récompense les travaux à l’origine de l’optogénétique, qui permet de contrôler l’activité des neurones grâce à la lumière.

• Cette avancée s’inscrit dans une longue histoire technologique : visualiser le cerveau, mesurer son activité, puis parvenir à la modifier avec toujours plus de précision.

• L’optogénétique et d’autres techniques pourraient à terme contribuer à traiter la perte de vision, Parkinson, l’épilepsie ou certaines maladies neurodégénératives.

Le cerveau est d’une complexité vertigineuse, ce qui est à la fois intimidant et fascinant pour les neuroscientifiques comme moi. Dans un seul millimètre cube – soit à peu près le volume d’une graine de pavot –, on trouve des dizaines de milliers de neurones et d’autres cellules assurant le bon fonctionnement du cerveau, qui s’influencent tous les uns les autres.

Comment les neuroscientifiques parviennent-ils à comprendre une telle complexité ? Et comment en sont-ils arrivés à pouvoir contrôler l’activité de neurones uniquement en projetant différentes couleurs de lumière sur le cerveau ?

La réponse tient en quelques mots : avancer étape par étape, en s’appuyant sur les progrès technologiques.

En revenant sur certaines des avancées qui ont permis aux chercheurs d’atteindre notre compréhension actuelle du fonctionnement du cerveau, on peut entrevoir les orientations que pourraient prendre les neurosciences à l’avenir. En effet, les progrès technologiques ayant permis le développement des neurosciences ont suivi, dans les grandes lignes, un même cheminement : il s’agissait d’abord de visualiser le cerveau, puis de mesurer son activité et, enfin, de la contrôler.

L’optogénétique est une technique qui utilise la lumière pour influencer le fonctionnement des neurones et contrôler leur activité à l’échelle de la milliseconde. Les chercheurs dont les travaux ont conduit à cette technique ont reçu le prix Nobel de médecine 2026.

Le niveau de contrôle que permet l’optogénétique laisse entrevoir la possibilité d’agir à des fins thérapeutiques sur l’activité du cerveau d’une manière qui, il y a peu, aurait relevé de la science-fiction : restaurer la vision, réduire la douleur ou traiter certaines maladies, comme l’épilepsie ou certains troubles de santé mentale.

D’abord visualiser le cerveau

Les neuroscientifiques ont commencé à découvrir à quoi ressemblent les neurones et comment ils sont reliés entre eux grâce à des taches colorées et à des microscopes.

À la fin du XIX^e siècle, le neuroscientifique et artiste espagnol Santiago Ramón y Cajal dessinait ce qu’il observait au microscope. Il examinait des échantillons de tissu cérébral colorés à l’aide de sels d’argent, afin de rendre visibles les neurones individuellement. Cette technique avait été mise au point par le neuroscientifique italien Camillo Golgi.

À lire aussi : Avec ou sans synapses ? Le singulier système nerveux des cténophores, ou comment un débat scientifique vieux de 100 ans refait surface

En dessinant ses observations, Cajal s’interrogeait sur la manière dont les neurones pouvaient s’influencer mutuellement par l’intermédiaire de leurs connexions. Les idées qu’il a alors élaborées constituent aujourd’hui l’un des fondements de notre compréhension des mécanismes d’apprentissage et de mémorisation. Ces travaux ont valu aux deux scientifiques le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1906.

Puis, dans les années 1970, les chercheurs commencent à colorer le cerveau un peu différemment, avec les traçages (ou marquages) antérograde et rétrograde. Ces méthodes leur permettent de cartographier les différents types de connexion entre les neurones du cerveau.

Aujourd’hui, on sait visualiser le cerveau avec un niveau de détail bien supérieur, par exemple avec la microscopie électronique, qui consiste à envoyer un faisceau d’électrons sur un objet afin d’en obtenir une image à l’échelle atomique, et la microscopie d’expansion, qui utilise le même type de gel que celui présent dans les couches pour bébés pour agrandir physiquement un échantillon de tissu et ainsi observer chaque cellule et ses connexions.

Associées à des algorithmes d’intelligence artificielle, ces techniques permettent aux scientifiques de révéler toute la complexité contenue dans un seul millimètre cube de tissu cérébral.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) a elle aussi profondément transformé notre compréhension du cerveau. L’IRM fonctionnelle permet aux neuroscientifiques d’observer de manière non invasive l’activité cérébrale en mesurant les variations du débit sanguin dans l’ensemble du cerveau. En 2003, le prix Nobel de physiologie ou médecine a récompensé la mise au point de techniques d’IRM qui ont rendu possible l’IRM fonctionnelle : les séquences d’imagerie rapide et le codage spatial.

L’ensemble de ces méthodes de visualisation et de grossissement a contribué à l’émergence d’un domaine appelé la « connectomique », qui vise à cartographier toutes les connexions entre les neurones.

Mesurer l’activité des neurones

Voici comment on peut visualiser la structure et l’organisation du cerveau. Pour comprendre comment les neurones communiquent entre eux, c’est du côté des signaux électriques qu’il faut se pencher.

Les neuroscientifiques Alan Hodgkin et Andrew Huxley ont reçu le prix Nobel de médecine en 1963 pour leurs travaux sur l’enregistrement et la mesure des impulsions électriques produites par les neurones. Pour communiquer entre eux, ceux-ci propagent ces signaux électriques, appelés potentiels d’action.

Aujourd’hui, les sondes utilisées par les neuroscientifiques pour mesurer l’activité électrique des neurones permettent d’enregistrer simultanément l’activité de centaines de neurones situés dans différentes régions du cerveau.

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Les recherches exploitant ces méthodes d’enregistrement en simultané bouleversent notre compréhension du fonctionnement du cerveau. Une série d’études publiées en 2025 a ainsi montré que, lorsqu’un animal prend une décision, 95 % du cerveau participe activement au processus, et pas seulement les neurones des régions cérébrales habituellement associées à la prise de décision.

Contrôler l’activité des neurones

La possibilité de contrôler l’activité de neurones spécifiques existe depuis la fin des années 1980, lorsque le neurochirurgien français Alim-Louis Benabid a mis au point la technique de stimulation cérébrale profonde afin d’atténuer les symptômes de la maladie de Parkinson.

La stimulation cérébrale profonde agit un peu comme un pacemaker de l’activité cérébrale. Aujourd’hui, les chercheurs étudient la possibilité d’utiliser cette technique pour soulager les symptômes de certains troubles de santé mentale, notamment le trouble obsessionnel compulsif, la dépression majeure ou encore l’hyperphagie boulimique.

Si ses résultats peuvent être spectaculaires, la stimulation cérébrale profonde reste une méthode relativement peu précise pour contrôler l’activité neuronale, car l’électrode implantée agit sur toutes les cellules situées à proximité. Les chercheurs développent cependant des techniques plus précises, offrant une meilleure résolution, afin d’étudier le fonctionnement du cerveau mais aussi d’agir sur lui.

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L’un des aspects les plus prometteurs de l’optogénétique est qu’elle pourrait également permettre de traiter certaines maladies. Les chercheurs évaluent actuellement sa capacité à atténuer les symptômes ou à améliorer le traitement de la perte de vision, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, l’épilepsie et la sclérose en plaques, le diabète et le cancer, entre autres.

Quand les neurosciences utilisent les virus

Les neurones ne réagissent pas naturellement aux lumières utilisées en optogénétique. Les neuroscientifiques doivent donc leur donner des instructions afin qu’ils modifient leur membrane cellulaire et produisent certaines protéines sensibles à la lumière. Pour cela, ils transmettent directement ces instructions aux neurones à l’aide d’un virus inoffensif.

L’optogénétique n’est pas la seule technique de neurosciences à utiliser des virus pour transmettre des instructions aux neurones. C’est également le cas d’une méthode appelée DREADD, pour « designer receptors exclusively activated by designer drugs » (« Récepteurs de synthèse activés exclusivement par des molécules de synthèse. », en français), qui repose sur des récepteurs spécialement conçus pour être activés par des molécules elles-mêmes spécifiquement conçues à cet effet.

Comme l’optogénétique, les DREADD permettent aux neuroscientifiques de contrôler l’activité des neurones. Mais alors que l’optogénétique utilise la lumière pour cibler un groupe précis de neurones et contrôler son activité, les DREADD agissent par voie chimique, selon un mécanisme comparable à celui d’une clé et d’une serrure qui ne fonctionneraient qu’avec certains types de neurones ou dans une région précise du cerveau.

Les DREADD utilisent le même type de virus inoffensif pour donner aux neurones l’instruction de modifier leurs récepteurs chimiques, afin qu’ils ne répondent plus qu’à des médicaments spécifiques. Plusieurs essais cliniques évaluent actuellement la possibilité d’utiliser cette technique pour traiter des maladies comme celle de Parkinson, l’épilepsie ou les douleurs neuropathiques.

À l’avenir, une intervention chirurgicale utilisant une lumière rouge ou bleue pourrait permettre de restaurer la vision ou d’enrayer la progression de maladies neurodégénératives. Une combinaison de médicaments pourrait, quant à elle, réduire l’anxiété ou traiter l’épilepsie. Ces traitements seraient l’aboutissement de décennies de travaux visant à identifier précisément les zones du cerveau qui dysfonctionnent, puis à modifier ou ajuster l’activité des neurones qui s’y trouvent.

À mes yeux, l’avenir des neurosciences s’annonce lumineux.

Kimberlee D'Ardenne a reçu des financements des National Institutes of Health et de la National Science Foundation.