intelligence artificielle

Les capacités imprévisibles des grands modèles d'IA

Les grands modèles de langage tels que ChatGPT sont aujourd'hui suffisamment importants pour commencer à afficher des comportements surprenants et imprévisibles. (...)

Au-delà de l'imitation

En 2020, Dyer et d’autres de Google Research ont prédit que les LLM auraient des effets transformateurs – mais la nature de ces effets restait une question ouverte. Ils ont donc demandé à la communauté des chercheurs de fournir des exemples de tâches difficiles et diverses afin de tracer les limites extérieures de ce qu'un LLM pouvait faire. Cet effort a été appelé projet Beyond the Imitation Game Benchmark (BIG-bench), inspiré du nom du " jeu d'imitation " d'Alan Turing, un test permettant de déterminer si un ordinateur peut répondre aux questions d'une manière humaine et convaincante. (Ceci deviendra plus tard connu sous le nom de test de Turing.) Le groupe s'est particulièrement intéressé aux exemples dans lesquels les LLM ont soudainement atteint de nouvelles capacités qui étaient complètement absentes auparavant.

"La façon dont nous comprenons ces transitions brusques est une grande question de recherche", a déclaré Dyer.

Comme on pouvait s'y attendre, sur certaines tâches, les performances d'un modèle se sont améliorées de manière fluide et prévisible à mesure que la complexité augmentait. Et sur d’autres tâches, l’augmentation du nombre de paramètres n’a apporté aucune amélioration. Mais pour environ 5 % des tâches, les chercheurs ont découvert ce qu’ils ont appelé des " percées " : des progrès rapides et spectaculaires dans les performances à une certaine échelle seuil. Ce seuil variait en fonction de la tâche et du modèle.

Par exemple, les modèles avec relativement peu de paramètres (quelques millions seulement) ne pouvaient pas résoudre avec succès les problèmes d’addition à trois chiffres ou de multiplication à deux chiffres, mais pour des dizaines de milliards de paramètres, la précision a augmenté dans certains modèles. Des sauts similaires se sont produits pour d'autres tâches, notamment le décodage de l'alphabet phonétique international, le déchiffrement des lettres d'un mot, l'identification du contenu offensant dans les paragraphes de Hinglish (une combinaison d'hindi et d'anglais) et la génération d'un équivalent anglais similaire des proverbes kiswahili.

Mais les chercheurs se sont vite rendu compte que la complexité d’un modèle n’était pas le seul facteur déterminant. Certaines capacités inattendues pourraient être extraites de modèles plus petits avec moins de paramètres – ou entraînées sur des ensembles de données plus petits – si les données étaient de qualité suffisamment élevée. De plus, la façon dont une requête était formulée influençait l’exactitude de la réponse du modèle. Lorsque Dyer et ses collègues l'ont fait avec la tâche des emoji de film via un format à choix multiples, par exemple, l'amélioration de la précision était moins un saut soudain qu'une augmentation progressive avec plus de complexité. Et l'année dernière, dans un article présenté à NeurIPS , la réunion phare du domaine, des chercheurs de Google Brain ont montré comment un modèle invité à s'expliquer (une capacité appelée raisonnement en chaîne de pensée) pouvait résoudre correctement un problème de mots mathématiques, alors que le même le modèle sans cette invite ne pourrait pas.

Yi Tay, un scientifique de Google Brain qui a travaillé sur l'enquête systématique sur les percées, souligne des travaux récents suggérant que l'incitation à la chaîne de pensée modifie les courbes d'échelle et donc le point où l'émergence se produit. Dans leur article NeurIPS, les chercheurs de Google ont montré que l'utilisation d'invites de chaîne de pensée pouvait susciter des comportements émergents non identifiés dans l'étude BIG-bench. De telles invites, qui demandent au modèle d’expliquer son raisonnement, pourraient aider les chercheurs à commencer à étudier les raisons pour lesquelles l’émergence se produit.

Des découvertes récentes comme celles-ci suggèrent au moins deux possibilités pour expliquer pourquoi l'émergence se produit, a déclaré Ellie Pavlick, une informaticienne à l'Université Brown qui étudie les modèles informatiques du langage. La première est que, comme le suggèrent les comparaisons avec les systèmes biologiques, les modèles plus grands acquièrent effectivement spontanément de nouvelles capacités. "Il se peut très bien que le mannequin ait appris quelque chose de fondamentalement nouveau et différent qu'il n'aurait pas pu apprendre dans une taille plus petite", a-t-elle déclaré. "C'est ce que nous espérons tous, qu'un changement fondamental se produit lorsque les modèles sont étendus."

L’autre possibilité, moins sensationnelle, dit-elle, est que ce qui semble émerger pourrait plutôt être le point culminant d’un processus interne, axé sur les statistiques, qui fonctionne selon un raisonnement de type chaîne de pensée. Les grands LLM peuvent simplement apprendre des heuristiques hors de portée pour ceux qui disposent de moins de paramètres ou de données de moindre qualité.

Mais, a-t-elle déclaré, déterminer laquelle de ces explications est la plus probable dépend d’une meilleure compréhension du fonctionnement des LLM. "Comme nous ne savons pas comment ils fonctionnent sous le capot, nous ne pouvons pas dire laquelle de ces choses se produit."

Pouvoirs et pièges imprévisibles

Il y a un problème évident à demander à ces modèles de s’expliquer : ce sont des menteurs notoires. " Nous comptons de plus en plus sur ces modèles pour effectuer le travail de base ", a déclaré Ganguli, « mais je ne me contente pas de leur faire confiance. Je vérifie leur travail. Comme exemple parmi de nombreux exemples amusants, Google a présenté en février son chatbot IA, Bard. Le billet de blog annonçant le nouvel outil montre que Bard fait une erreur factuelle .

L’émergence conduit à l’imprévisibilité, et l’imprévisibilité – qui semble augmenter avec l’échelle – rend difficile pour les chercheurs d’anticiper les conséquences d’une utilisation généralisée.

" Il est difficile de savoir à l'avance comment ces modèles seront utilisés ou déployés ", a déclaré Ganguli. "Et pour étudier des phénomènes émergents, vous devez avoir un cas en tête, et vous ne saurez pas avant d'avoir étudié l'influence de l'échelle quelles capacités ou limitations pourraient survenir."

Dans une analyse des LLM publiée en juin dernier, les chercheurs d'Anthropic ont examiné si les modèles montreraient certains types de préjugés raciaux ou sociaux, un peu comme ceux précédemment rapportés dans les algorithmes non basés sur LLM utilisés pour prédire quels anciens criminels sont susceptibles d'en commettre un autre. crime. Cette étude a été inspirée par un paradoxe apparent directement lié à l’émergence : à mesure que les modèles améliorent leurs performances lors de leur mise à l’échelle, ils peuvent également augmenter la probabilité de phénomènes imprévisibles, y compris ceux qui pourraient potentiellement conduire à des biais ou à des dommages.

"Certains comportements nuisibles apparaissent brusquement dans certains modèles", a déclaré Ganguli. Il cite une analyse récente des LLM, connue sous le nom de BBQ benchmark, qui a montré que les préjugés sociaux émergent avec un très grand nombre de paramètres. " Les modèles plus grands deviennent brusquement plus biaisés. " Ne pas prendre en compte ce risque, a-t-il ajouté, pourrait mettre en péril les sujets de ces modèles.

Mais il propose un contrepoint : lorsque les chercheurs ont simplement dit au modèle de ne pas s’appuyer sur des stéréotypes ou des préjugés sociaux – littéralement en tapant ces instructions – le modèle était moins biaisé dans ses prédictions et ses réponses. Cela suggère que certaines propriétés émergentes pourraient également être utilisées pour réduire les biais. Dans un article publié en février, l'équipe d'Anthropic a fait état d'un nouveau mode " d'autocorrection morale ", dans lequel l'utilisateur incite le programme à être utile, honnête et inoffensif.

L’émergence, a déclaré Ganguli, révèle à la fois un potentiel surprenant et des risques imprévisibles. Les applications de ces grands LLM prolifèrent déjà, donc une meilleure compréhension de cette interaction aidera à exploiter la diversité des capacités des modèles linguistiques.

"Nous étudions comment les gens utilisent réellement ces systèmes", a déclaré Ganguli. Mais ces utilisateurs bricolent aussi constamment. "Nous passons beaucoup de temps à discuter avec nos modèles", a-t-il déclaré, "et c'est en fait là que vous commencez à avoir une bonne intuition sur la confiance – ou son absence."

Auteur: Internet

Info: Quanta Magazine, Stephen Ornes, 16 mars 2023 - Les capacités imprévisibles des grands modèles d'IA Les grands modèles de langage tels que ChatGPT sont aujourd'hui suffisamment importants pour commencer à afficher des comportements surprenants et imprévisibles.

[ dépassement ]

corps-esprit

Lourdement handicapé, Stephen Hawking, auteur d’"Une brève histoire du temps" est le héros d’un film. L’anthropologue des sciences Hélène Mialet dévoile le système d’une personnalité fascinante.

Au-delà de ses contributions importantes sur la connaissance des trous noirs, l’exceptionnalité de l’homme réside aussi dans sa condition physique. Atteint de sclérose latérale amyotrophique, une dégénérescence des neurones moteurs, il est paralysé depuis des dizaines d’années. Ne pouvant plus parler, il communique par l’intermédiaire d’un ordinateur équipé d’un logiciel de synthèse vocale qu’il dirigeait au départ avec son doigt, plus récemment par une contraction de la joue. Grâce à ce système, il a écrit Une Brève Histoire du temps, ouvrage de référence vendu à près de dix millions d’exemplaires. A 73 ans, Stephen Hawking, élevé au statut d’icône du génie scientifique, continue d’écrire et de donner des conférences. Comment? C’est la question posée par Madame Mialet, philosophe et anthropologue des sciences, professeure invitée à l’Université de Californie à Davis, aux Etats-Unis, qui a côtoyé ce scientifique hors du commun. Elle a passé dix ans à l’interviewer, l’observer, à rencontrer ses proches et ses collègues.

Samedi Culturel: Qui est Stephen Hawking?

HM : Difficile de répondre, parce qu’il est une icône. On imagine que Stephen Hawking, lourdement handicapé, est capable, seul, de produire de la science. Il incarne le mythe de notre modernité, qui trouve son origine dans l’interprétation de la pensée de Descartes, selon laquelle on n’a pas besoin d’un corps pour penser et qu’il suffit d’avoir un esprit. Stephen Hawking renchérit lui-même en disant: "Pour faire de la physique, un esprit suffit." J’ai pris ça au mot et en tant qu’ethnographe, j’ai passé des années à le suivre, à étudier sa façon de travailler, à interviewer ses étudiants et ses collègues. Il est devenu en quelque sorte ma tribu! J’ai reconstruit le réseau de compétences qui l’entoure et mis en évidence un collectif complexe. La question posée dans mon livre est plutôt: où est Stephen Hawking dans ce collectif?

SC : Est-ce que l’esprit brillant de Stephen Hawking suffit seul à faire de la science?

HM : Non, je ne pense pas. Parce qu’il ne peut pas bouger ni manipuler des objets. Il ne peut parler que par l’intermédiaire d’une voix de synthèse générée par un ordinateur. Il doit tout déléguer aux machines et aux individus. Ses proches ont appris à communiquer avec lui plus rapidement en lui posant des questions auxquelles il répond par oui ou non. Le type de vocabulaire engrangé dans son ordinateur est organisé, et le logiciel complète systématiquement ses phrases en reconnaissant ses motifs d’expression. Les gens aussi finissent ses phrases, ce qu’il n’aime pas d’ailleurs, et mettent en action ses énoncés. Contrairement à ce que l’on croit, tout n’est pas dans sa tête mais aussi à l’extérieur. Ses étudiants organisés autour de lui mènent les projets de recherche, font les calculs. En bout de course il est l’auteur principal et ceux qui l’ont aidé disparaissent du processus.

SC : Stephen Hawking est-il différent d’autres scientifiques?

HM : Non, son corps étendu au collectif lui permet de faire de la science comme tout chercheur à son niveau. Les chefs de laboratoire aussi lancent des pistes de recherche à d’autres qui font les expériences. Stephen Hawking est singulier car il est très collectivisé, et non parce qu’il serait coupé du monde social et matériel.

SC : Comment a-t-il réagi à la lecture de votre livre?

HM : Je le lui ai envoyé mais je n’ai pas eu de retour. Sa secrétaire m’a dit qu’il avait trouvé bizarre la couverture choisie par l’éditeur de la version anglaise [l’image montre une statue en marbre de lui dans son fauteuil flottant au milieu des étoiles]. Je suis assez d’accord, car cette illustration retombe dans le mythe du personnage.

SC : Comment se passaientvos rencontres?

HM : Ça m’a pris deux ans pour avoir accès à lui. Mon premier entretien, en 1998, a été très déstabilisant car toute l’interaction passait par l’ordinateur. Je n’arrivais pas à lire son langage corporel. Je posais mes questions, il répondait en tapant, et sa voix synthétique parlait souvent avec un décalage temporel. Nos deux regards étaient dirigés vers l’écran. Parfois, ses assistants s’occupaient de lui, ce qui troublait l’interaction. Un moment, la machine s’est arrêtée de fonctionner. En fait, quand on est très proche de lui, on ne sait plus où il est. Alors que quand on s’en éloigne, à travers les médias et les films, on perçoit Stephen Hawking, le génie, c’est-à-dire un individu doté de qualités stables, d’histoires reproduites sur sa personne et ses découvertes scientifiques.

SC : L’avez-vous revu par la suite?

HM : Oui, à la conférence sur la théorie des cordes à Berlin, en 1999. Nous avons dansé avec lui dans un night-club! Son attaché de presse avait passé plusieurs semaines à Berlin pour sélectionner le plus accessible. Quand nous sommes arrivés dans le night-club, il est allé au milieu de la piste et tout le monde a dansé autour de lui. Plus tard, à la fin de mon séjour à Cambridge, en 2007, il m’a invité plusieurs fois à souper à l’université ou chez lui. Il avait envie de parler plus intimement de sa façon de penser et de travailler.

SC : Comment pense Stephen Hawking?

HM : A cette question, il a répondu: "En images" Selon ses étudiants, il résout des problèmes en les mémorisant. Il a développé une façon de penser de manière visuelle en manipulant des diagrammes que ces étudiants dessinent sous ses yeux. Ils écrivent aussi, sous ses yeux, les démonstrations des équations à résoudre, et lui dit si elles sont justes ou pas. Mes observations montrent que même le travail intellectuel le plus abstrait nécessite l’usage du corps, dans le cas de Stephen Hawking, de ses yeux qui regardent les autres travailler et du corps des autres qui dessinent les diagrammes. C’est un va-et-vient constant.

SC : Quelle relation entretient-il avec son entourage?

HM : Il a beaucoup d’humour, ce qui lui permet d’établir un lien rapide avec les gens. Il fait preuve d’une grande force de caractère et exerce aussi un certain contrôle sur son entourage. Ses assistants les plus proches, qui s’occupent de la logistique, des voyages, restent rarement plus d’un an car ils sont épuisés de répondre jour et nuit à ses besoins. Et il maîtrise beaucoup son image auprès des journalistes.

SC : Il n’a jamais voulu changer l’accent américain de sa voix synthétique. Pourquoi?

HM : Beaucoup de compagnies anglaises ont voulu lui rendre son accent anglais. Il a résisté et n’a pas accepté car il disait que sa voix américaine était devenue sa voix. Des logiciels plus récents lui permettraient de communiquer plus vite mais il ne veut pas les changer car il s’y est habitué.

SC : En quoi Stephen Hawking est-il exceptionnel?

HM : Pour ses travaux scientifiques sur les trous noirs, évidemment, notamment ceux des années 1970, qui étaient des découvertes fondamentales. Mais pour moi, cet homme est exceptionnel car il devient un exemple par sa condition inhabituelle. Sa situation de handicap et de dépendance rend visible ce que l’on ne voit pas autrement, comme ce qu’il faut pour être une star, un chef de laboratoire, mais aussi ce qui est nécessaire pour penser visuellement ou pour qu’une conversation soit fluide.

A Cambridge, des archives sont en cours de construction avec les articles sur Stephen Hawking et ses propres articles. Elles posent la question de l’archivage d’un auteur à l’ère du digital. Pour lui, tout passe par la machine depuis longtemps, et il décide lui-même de ce qu’il veut garder ou non. Nous devenons tous dépendants de nos tablettes et ordinateurs, mais lui l’a été avant tout le monde. Il a utilisé des programmes qu’on utilise tous maintenant, comme ceux qui complètent ses mots et ses phrases. Stephen Hawking est un pionnier du post-humanisme. 

Auteur: Mialet Hélène

Info: Sur Le Temps.ch, 16 janvier 2015. A propos de : A la recherche de Stephen Hawking, de H M, 2014, Ed. Odile Jacob, 168 p.

[ starification ] [ scientifique vedette ]

psychosomatique

Le jumeau maléfique de l'effet placebo fait des ravages, selon l'essayiste états-unien Stewart Justman, pourfendeur du diagnostic qui rend malade Comme les héros des feuilletons télévisés, l’effet placebo a un jumeau maléfique: il s’appelle "nocebo". Le placebo, rappelons-le, est ce phénomène troublant qui veut qu’un bonbon lambda avalé en croyant prendre un médicament authentique peut apporter les mêmes bienfaits que le vrai remède, grâce à la suggestion. Le nocebo fonctionne sur le même mécanisme, mais avec l’effet inverse: il fait du mal. Dites-moi que j’ai ingurgité une denrée avariée, mes boyaux se tordront. Magique? Pas vraiment: le cerveau ayant pour tâche de gérer les fonctions du corps, il n’est pas étonnant que l’information qu’il absorbe infléchisse le processus. Dans The Nocebo Effect*, Stewart Justman, essayiste états-unien partageant son œuvre entre l’histoire de la littérature et la médecine (avec des passerelles fréquentes entre les deux), évoque les ravages du nocebo dans des territoires médicaux aussi différents que l’anorexie, le syndrome de fatigue chronique, la dépression, le trouble dissociatif de l’identité, l’hyperactivité, les cancers du sein et de la prostate. Parfois, le mal est un effet direct de l’imagination, aiguillée par la propagande pharmaceutique ou par les campagnes de prévention: "Une fois mises sur le marché, des idées sur telle ou telle maladie sont en mesure de susciter la maladie elle-même", constate Justman: un diagnostic peut déployer son potentiel nocif en "semant des suggestions dans l’esprit du patient". Est-ce fréquent? La question est apparemment très peu étudiée, en partie car il est éthiquement difficile de mener des expériences consistant à créer des problèmes chez les sujets. Des indications sur le "jumeau maléfique" se nichent toutefois dans les études sur l’effet placebo. Dans une étude troublante, publiée dans l’International Journal of Clinical Practice en 1998, l’Anglais A. F. Cooper découvrait par exemple, avec un groupe de patients souffrant de polyarthrite rhumatoïde, que ceux à qui l’on administrait une brève leçon de choses sur la maladie se portaient moins bien que ceux qu’on se bornait à soigner, sans rien leur dire. Il apparaît que, aussi longtemps que les habitants de Hong Kong n’étaient pas au courant de l’existence de l’anorexie en Occident, ce trouble ne se manifestait pas parmi eux, mais une fois que la notion a atteint la presse et la conscience du public dans les années 1990, le phénomène a explosé Dans d’autres cas, c’est le dépistage à grande échelle qui fait des dégâts, débouchant sur des traitements qui se révèlent plus nuisibles – voire plus meurtriers – que le mal qu’ils sont censés soigner. Les mises en garde viennent du champ médical lui-même, qui s’inquiète des effets pervers de la traque systématique aux cancers du sein et de la prostate: on y revient plus loin. Qu’il agisse directement sur l’individu via la suggestion ou qu’il déploie ses conséquences à travers une prise en charge médico-sociale, l’effet nocebo résulte d’un phénomène de "surdiagnostic": Overdiagnosis and Its Costs ("Le surdiagnostic et ses coûts") est le sous-titre du livre de Stewart Justman. Morphine et neurasthénie Comment ça marche? Le rapport de cause à effet semble s’afficher parfois de manière évidente. "Il apparaît que, aussi longtemps que les habitants de Hong Kong n’étaient pas au courant de l’existence de l’anorexie en Occident, ce trouble ne se manifestait pas parmi eux, mais une fois que la notion a atteint la presse et la conscience du public dans les années 1990, le phénomène a explosé", comme si "les personnes atteintes façonnaient inconsciemment leurs symptômes selon le modèle fourni par les médias". Il en va d’une manière semblable pour la neurasthénie, syndrome à la mode au cours de la Belle Epoque, "qui s’épanouit auprès des couches aisées, jusqu’à sa disparition au début du vingtième siècle". Identifié par le neurologue états-unien George Beard en 1869, le trouble était défini comme "une maladie englobante, dont le symptôme clé était une fatigue mentale et musculaire", mais dont les manifestations possibles remplissaient une liste de 70 entrées. "L’existence brève et spectaculaire de la neurasthénie témoigne de la manière dont une appellation a le pouvoir d’organiser et de mobiliser des symptômes", relève Justman. Certains maux paraissent ainsi atteindre les corps par une contagion socio-culturelle. Placebo et nocebo montrent que l’acte médical, loin d’être une simple interaction physique, est en réalité une "procédure sociale" à part entière: "Des expériences montrent que même un médicament aussi puissant que la morphine produit un effet plus important lorsqu’il est administré ouvertement, dans le cadre d’un rituel médical, que lorsqu’on le donne aux patients à leur insu." Exemple saisissant de la production d’un syndrome via le cérémoniel thérapeutique: le trouble dit "de la personnalité multiple", qui n’émerge le plus souvent qu’au moment où le soignant demande au patient de nommer ses alters egos. Sommeil et désarroi Faut-il parler de maladies imaginaires, de troubles socialement manufaturés à partir de néant? Dans le cas des symptômes de dépression, Justman suggère plutôt qu’il s’agit souvent d’états inhérents à la normalité de l’existence, qui se retrouvent médicalisés, c’est-à-dire transformés en pathologies. C’est "le désarroi commun et passager, produit par la vie elle-même, qui se résoudrait spontanément si on ne faisait rien"; ce sont "des constantes de la condition humaine", ou en tout cas "des difficultés qui se rattachent à la nature même de la civilisation". Le DSM-5, dernière édition du catalogue états-unien (et international) des troubles psychiques et de leurs symptômes, "intègre, à contrecœur, l’argument selon lequel ce qu’on appelle dépression peut être en fait une réponse justifiée à la vie elle-même". On pourrait, bien sûr, retourner la question: faut-il accepter le désarroi ordinaire en tant que composante inévitable de la normalité, ou peut-on aspirer à s’en débarrasser? Comme les sociologues Allan V. Horwitz et Jerome C. Wakefield Stewart, auteurs de Tristesse ou dépression? Comment la psychiatrie a médicalisé nos tristesses (2007), Justman défend l’existence de la mélancolie dans l’expérience humaine. D’autres cultivent le rêve utopiste de l’éradication de tout chagrin. Le problème, c’est que la médicalisation du malheur ordinaire aurait plutôt tendance à accroître la portée de ce dernier. "Ironiquement, un des effets du surdiagnostic de la dépression est que les antidépresseurs en vogue perturbent le sommeil", note Justman. Or, "un des facteurs de guérison les plus importants dans nos vies réside dans notre capacité de sombrer chaque soir dans l’endormissement réparateur"… La conscience est surestimée Y a-t-il donc un équilibre, un "bon" seuil de médicalisation à ne pas dépasser? La question est particulièrement lancinante dans le cas des cancers du sein et de la prostate. Dans les deux cas, le dépistage massif conduit à détecter et à traiter une quantité de cancers "dormants" ou "indolents" qui seraient inoffensifs et avec lesquels on vivrait sans problème. Le sein: selon une étude publiée en 2013 dans le British Medical Journal par le chirurgien Michael Baum, pour chaque décès évité par la mammographie on peut s’attendre à un chiffre de un à trois décès supplémentaires liés aux soins donnés aux femmes dépistées pour des cancers inoffensifs. La prostate: selon une étude européenne de 2009-2012, le dépistage réduit la mortalité engendrée par ce cancer, mais on compte 33 hommes rendus impuissants ou incontinents par une intervention non nécessaire pour chaque homme sauvé… Que faire? Eliminer les dépistages, plus nuisibles que bénéfiques comme le suggèrent plusieurs chercheurs? Brûler le DSM, véritable machine à surdiagnostiquer (et dénoncé en tant que tel par Robert Spitzer et Allen Frances, deux responsables successifs de la task force qui en coordonne la rédaction)? Arrêter net les campagnes d’information, sources majeures d’effets nocebo? Dans son élan, Justman jette peut-être quelques bébés avec l’eau du bain (notamment dans le domaine du traumatisme psychique). On retiendra néanmoins son éloge paradoxal de l’inconscience: nous vivons sous l’emprise d’un "culte de la conscientisation", mais "la conscience est surestimée". Notre cerveau fait son travail de gestion de la vie dans le silence des processus inconscients, où il n’est sans doute pas anodin de trop le déranger. Il travaille à notre insu, par habitude. Il est vrai que l’habitude a mauvaise presse. Et pourtant – la philosophie confucéenne et taoïste en avait l’intuition, les neurosciences le savent aujourd’hui –, "l’habitude est hautement opérationnelle, même dans des faits d’excellence".

Auteur: Ulmi Nic

Info: in le temps online du 15.9.2015 sous Effet nocebo: le patient qui en savait trop, *The Nocebo Effect. Overdiagnosis and Its Cost, par Stewart Justman, Palgrave Macmillan, 272 p

[ grégaire ] [ influençabilité ] [ corps-esprit ]

univers inversé

Les possibilités métagénomiques

Une infime fraction - la plupart des scientifiques estiment <1% - des espèces microbiennes sur Terre peut être cultivée et étudiée à l'aide de techniques classiques de microbiologie et de génomique. Mais en utilisant des outils de métagénomique récemment développés, les chercheurs appliquent l'analyse génomique à des communautés microbiennes entières à la fois, sans avoir à isoler et à cultiver des espèces individuelles. Les études de métagénomique commencent par obtenir un échantillon d'un environnement particulier tel que l'eau de mer, le sol ou l'intestin humain, en extrayant le matériel génétique de tous les organismes de l'échantillon, puis en analysant l'ADN de ce mélange pour mieux comprendre comment les membres de la communauté interagir, changer et exécuter des fonctions complexes.

Processus : la métagénomique consiste à obtenir l'ADN de tous les micro-organismes d'une communauté, sans nécessairement identifier toutes les espèces impliquées. Une fois les gènes séquencés et comparés aux séquences identifiées, les fonctions de ces gènes peuvent être déterminées.

Parce qu'elle ne dépend pas de l'établissement de cultures pures, la métagénomique offre l'accès à des millions d'espèces microbiennes qui auparavant ne pouvaient pas être étudiées. Il permet également aux chercheurs d'examiner les micro-organismes dans le contexte des environnements dans lesquels ils existent naturellement, en étudiant des communautés entières en même temps.

Applications de la métagénomique

Pratiquement tous les biologistes, quel que soit leur domaine, découvriront qu'une meilleure compréhension des communautés microbiennes et de la métagénomique peut contribuer à leurs propres recherches. L'étude des communautés microbiennes par la métagénomique peut aider les biologistes à s'attaquer à des questions scientifiques fondamentales et à résoudre les problèmes sociaux, environnementaux et économiques connexes. Voici quelques-unes des applications potentielles de la métagénomique :

Avancées des sciences de la vie.

Décrypter le fonctionnement et l'interaction des espèces au sein des communautés microbiennes peut répondre en partie à des questions fondamentales sur de nombreux aspects de la biologie microbienne, végétale et animale et améliorer considérablement la compréhension de l'écologie et de l'évolution. La métagénomique pourrait aider à répondre à des questions telles que : Qu'est-ce qui constitue un génome ? Qu'est-ce qu'une espèce ? Quelle est la diversité de la vie ?

Sciences de la Terre.

L'exploration de la manière dont les communautés microbiennes du sol et des océans affectent les équilibres atmosphériques et les conditions environnementales peut aider les scientifiques à mieux comprendre, prévoir et potentiellement faire face aux changements mondiaux.

Médicament.

Des centaines de médicaments disponibles aujourd'hui sont dérivés de produits chimiques trouvés pour la première fois dans des microbes ; l'accès aux génomes d'espèces microbiennes supplémentaires est très prometteur pour en découvrir des milliers d'autres. L'étude du "microbiome" humain – les milliers de milliards de bactéries vivant dans et sur le corps humain – peut conduire à de nouvelles façons de diagnostiquer, de traiter et de prévenir les maladies.

Énergie alternative.

De nouvelles sources d'énergie pourraient être développées en exploitant le pouvoir des communautés microbiennes pour produire des sous-produits tels que l'hydrogène, le méthane, le butanol et même le courant électrique.

Assainissement de l'environnement.

Comprendre les microbes qui dégradent les produits chimiques environnementaux peut aider à nettoyer des polluants tels que les fuites d'essence, les déversements de pétrole, les eaux usées, les rejets industriels et les déchets nucléaires.

Biotechnologie.

L'identification et l'exploitation des capacités biosynthétiques polyvalentes et diverses des communautés microbiennes peuvent conduire au développement de nouveaux produits industriels, alimentaires et de santé bénéfiques.

Agriculture.

Mieux comprendre les microbes bénéfiques vivant dans, sur, sous et autour des plantes et des animaux domestiques peut contribuer à améliorer les méthodes de détection des agents pathogènes dans les cultures, le bétail et les produits alimentaires et peut faciliter le développement de pratiques agricoles qui tirent parti des les alliances naturelles entre les microbes, les plantes et les animaux.

Biodéfense et médecine légale microbienne.

L'étude de l'ADN et des empreintes biochimiques des communautés microbiennes aide les spécialistes à surveiller les agents pathogènes connus et potentiels, à créer des vaccins et des traitements plus efficaces contre les agents bioterroristes potentiels et à reconstruire les événements dans lesquels les microbes ont joué un rôle.

Valeur de la métagénomique pour l'enseignement de la biologie

La citation de Muir a également une pertinence importante pour l'enseignement des sciences. Qu'est-ce qui sépare la chimie, la génétique, la biologie moléculaire, l'évolution, l'écologie et d'autres disciplines ? Où se croisent-elles et comment se construisent-elles les unes sur les autres ?

La métagénomique aide à combler le fossé entre la génétique et l'écologie, démontrant que les gènes d'un seul organisme sont connectés aux gènes des autres et à l'ensemble de la communauté. En fait, les processus de la métagénomique démontrent qu'il est important d'étudier les gènes et les organismes en contexte et d'apprécier toute la diversité de la vie, même dans un seul cadre. Ces messages ont une pertinence importante dans l'ensemble de la biologie et seraient des ajouts précieux à n'importe quel cours de biologie, peut-être en particulier ceux du niveau d'introduction.

Parce que la métagénomique s'inspire d'un large éventail de domaines et les affecte, c'est un outil précieux pour enseigner des thèmes et des concepts qui sont tissés tout au long de l'enseignement de la biologie. En effet, l'enseignement et l'apprentissage de la métagénomique pourraient clairement intégrer les types de changements dans l'enseignement des sciences de la maternelle à la 12e année et du premier cycle que de nombreux rapports ont demandé au cours de la dernière décennie.

Certains professeurs estiment qu'ils doivent utiliser des cours d'introduction pour fournir aux étudiants pratiquement toutes les connaissances qu'ils utiliseront pour comprendre les concepts de base d'une discipline. Certains considèrent également les cours d'introduction comme un moyen d'aider les étudiants à apprendre à interpréter les nouvelles et autres informations sur la science afin qu'ils puissent prendre des décisions plus éclairées à la maison, chez le médecin et dans l'isoloir. Trop souvent, cependant, de tels cours ne parviennent pas à transmettre la beauté complexe du monde vivant et les innombrables façons dont la biologie a un impact sur la "vraie vie". L'apprentissage de la métagénomique au niveau introductif - en mettant l'accent sur ses applications potentielles dans le monde réel - pourrait servir à éclairer les principes de base d'une grande variété de domaines, les liens entre eux et la pertinence plus large des avancées scientifiques pour les problèmes du monde réel. Si les étudiants peuvent voir qu'il y a vraiment des questions non résolues intéressantes auxquelles ils peuvent jouer un rôle pour répondre, le recrutement de jeunes talentueux pour les carrières scientifiques peut être facilité. De cette façon, les élèves rencontreront une science dynamique plutôt que statique.

LES BÉNÉFICES DE L'INTÉGRATION DE L'ÉDUCATION ET DE LA RECHERCHE

Les avantages de l'intégration précoce de la métagénomique et d'autres sciences nouvelles dans l'enseignement de la biologie profiteraient non seulement aux étudiants en biologie, mais aussi aux scientifiques et à leurs projets de recherche. L'expérience montre que lorsque les chercheurs enseignent, leur propre compréhension s'approfondit, menant à de nouvelles questions et pistes de recherche souvent inattendues qui sont posées par les étudiants, ainsi qu'à contribuer au développement d'approches créatives des problèmes. Si la communauté de la biologie peut intégrer l'enseignement de la métagénomique aux progrès de la recherche dès le départ, les étudiants pourraient devenir des participants actifs au développement du domaine.

Enseigner un domaine nouveau ou émergent est un moyen idéal d'engager profondément les étudiants dans l'exploration de questions fondamentales qui sont au cœur de la poursuite scientifique et de les encourager à poser leurs propres questions. En effet, dans le cas du domaine émergent de la métagénomique, les questions les plus fondamentales peuvent être les plus profondes. Répondre à ces questions inspire à son tour les jeunes esprits et les chercheurs actifs, et la science est bénéfique. 

D'autres ont vu l'intérêt d'intégrer la science émergente à l'éducation. Un certain nombre d'efforts sont actuellement en cours pour intégrer la recherche et l'enseignement en génomique.

Auteur: Internet

Info: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ Metagenomics: A Call for Bringing a New Science into the Classroom (While It's Still New) Anne Jurkowski,* Ann H. Reid,† and Jay B. Labovcorresponding author

[ sciences ] [ nano-monde ] [ ouverture ] [ matrice gaïa ]

pédagogie

Les parents envoient leurs enfants à l'école avec les meilleurs intentions, pensant que c'est ce dont ils ont besoin pour devenir des adultes productifs et épanouis. Beaucoup doutent du bon fonctionnement des écoles, mais la sagesse conventionnelle veut que ces problèmes peuvent être résolus avec plus d'argent, de meilleurs enseignants, des programmes plus difficiles, et/ou des examen plus rigoureux.
Mais si le problème était l'école en elle-même ? La triste réalité est que l'une de nos institutions préférées est, par sa nature même, ne répond pas aux besoins de nos enfants et de notre société.
L'école est un lieu où les enfants doivent obligatoirement aller, et où leur liberté est fortement restreinte - bien plus restreinte que le toléreraient la plupart des adultes pour leurs lieux de travail. Ces dernières décennies, nous avons forcés nos enfants à rester de plus en plus de temps dans ce genre de cadre, et des preuves solides (résumées dans mon dernier livre) indiquent que c'est souvent la cause de graves dommages psychologiques. Par ailleurs, plus les scientifiques étudient le mode d'apprentissage naturel des enfants, plus nous comprenons que les enfants apprennent profondément et véritablement, et avec plus d'enthousiasme, dans des conditions presque opposées à celles de l'école.
La scolarité obligatoire fait partie intégrante de notre culture depuis plusieurs générations. La plupart des gens auraient du mal à imaginer aujourd'hui comment les enfants apprendraient ce dont ils ont besoin pour réussir dans notre culture sans l'école. Le président Obama et le secrétaire à l'éducation Arne Duncan aiment tellement l'école qu'ils souhaiteraient même allonger les jours et les années scolaires. La plupart des gens pensent que la conception de base des écoles, telle qu'on la connaît aujourd'hui, est validée par des preuves scientifiques qui montreraient que c'est ainsi que les enfants apprennent le mieux. Mais en réalité, rien n'est plus éloigné de la vérité.
Les écoles telles que nous les connaissons aujourd'hui sont le produit de l'histoire, et non pas d'une recherche sur l'apprentissage. La conception actuelle de nos écoles découle de la Réforme protestante, lorsque des écoles ont été créées pour apprendre aux enfants à lire la Bible, à croire l'Ecriture et les figures d'autorité sans les remettre en question. Les premiers fondateurs des écoles l'indiquaient clairement dans leurs écrits. L'idée que les écoles puissent permettre le développement de la pensée critique, de la créativité, de l'initiative personnelle ou de la capacité à apprendre par soi-même - le genre de compétences les plus importantes dans notre économie actuelle - ne leur effleurait même pas l'esprit. Pour eux, encourager les enfants à agir par eux-mêmes était un péché qu'il fallait casser ou réprimer.
Ce n'est pas parce que les écoles ont été reprises par l'Etat, sont devenues obligatoires et à but laïque, que la structure de base et les méthodes d'enseignement ont changé. Les tentatives ultérieures de réformes ont échoué, et même si elles ont joué sur des points mineurs de la structure, elles n'ont pas modifié la conception de base. La méthode hiérarchique, par l'évaluation, qui suppose que l'apprentissage est motivé par un système de récompense et de punitions plutôt que par la curiosité et un vrai désir d'apprendre, sert surtout à l'endoctrinement et l'obéissance et pas à grand-chose d'autre. Il n'est pas étonnant que de nombreux grands entrepreneurs et innovateurs dans le monde ont quitté l'école à un jeune âge (comme Thomas Edison), ou disaient détecter l'école et apprendre de leur côté, et pas grâce à elle (comme Albert Einstein).
Il n'est pas étonnant qu'aujourd'hui même les " meilleurs élèves " (et peut-être surtout eux) disent souvent être " lessivés " par le processus de scolarisation. Un des meilleurs étudiants diplômés, a expliqué à un journaliste pourquoi il remettait à plus tard l'université : " j'étais rongé par le fait de bien réussir et je ne dormais pas beaucoup ces dernières deux années. J'avais cinq ou six heures de devoirs tous les soirs. La dernière chose que je voulais était que ça continue. "
La plupart de élèves - qu'ils aient de bons résultats, des résultats moyens ou qu'ils soient en échec scolaire - ont perdu leur goût de l'apprentissage au moment où ils entrent au collège ou au lycée. Dans une récente étude, Mihaly Czikszentmihalyl et Jeremy Hunter ont placé sur plus de 800 élèves de la sixième jusqu'à la terminale, dans 33 écoles différentes du pays, une montre-bracelet spéciale qui émettait un signal spécial à des moments aléatoires de la journée. A chaque fois que le signal retentissait, ils devaient remplir un questionnaire indiquant où ils étaient, ce qu'ils faisaient et s'ils étaient heureux ou malheureux. Ils étaient de loin le moins heureux quand ils étaient à l'école et ils étaient le plus heureux quand ils étaient hors de l'école, à jouer ou discuter avec des amis. A l'école, ils éprouvaient de l'ennui, de l'anxiété ou les deux. D'autres chercheurs ont montré qu'à chaque nouvelle année, les élèves adoptent des attitudes de plus en plus négatives envers les matières enseignées, en particulier pour les mathématiques et les sciences.
La société en général tend à ignorer ces conclusions. Nous ne sommes pas surpris de voir que l'apprentissage soit désagréable. Nous pensons que c'est une pilule à avaler qui finira par payer sur le long terme. Certaines personnes pensent même que le fait même que l'école soit désagréable est une bonne chose car elle permet aux enfants d'apprendre à tolérer les situations désagréables, car la vie après l'école est désagréable. Peut-être que ce triste point de vue découle de l'école. Bien sûr, il y a des hauts et des bas dans la vie, à l'âge adulte comme dans l'enfance. Mais il y a bien des façons d'apprendre à tolérer les désagréments sans devoir rajouter une scolarité désagréable. La recherche a montré que les personnes de tous âges apprennent mieux quand elles sont motivées, approfondissant des questions qui les concernent réellement, et des objectifs qui sont leurs propres dans la vie. Dans de telles conditions, apprendre est en général amusant.
J'ai passé une grande partie de ma carrière de chercheur à étudier comment les enfants apprennent. Les enfants viennent au monde avec la capacité magnifique de diriger leur propre éducation. La nature leur a donnés de puissants instincts éducatifs, comme la curiosité, le ludisme, la sociabilité, l'attention à ce qu'il se passe autour d'eux, le désir de grandir et de faire ce que les enfants plus âgés et adultes peuvent faire.
La preuve que tout cela s'applique aux petits enfants se trouve sous les yeux de tous ceux qui ont regardé un enfant grandir de la naissance jusqu'à l'âge scolaire. Par leurs propres efforts, les enfants apprennent à marcher, courir, sauter et grimper. Ils apprennent leur langue maternelle à partir de rien, et partant de là, apprennent à affirmer leur volonté, débattent, amusent, ennuient, se font des amis, charment et posent des questions. En interrogeant et en explorant, ils acquièrent énormément de connaissances sur leur environnement matériel et social, et par leur jeu, des compétences pratiques qui favorisent leur développement physique, intellectuel, social et émotionnel. Ils font tout cela avant que quiconque, de quelque manière systématique que ce soit, essaye de leur enseigner quelque chose.
Cette progression et capacité d'apprendre étonnante ne s'arrête pas toute seule quand l'enfant a 5 ou 6 ans. C'est nous qui y mettons un terme avec ce système coercitif qu'est l'école. La plus importante et mémorable leçon de notre système scolaire est que l'apprentissage sous la forme d'un travail doit être évité autant que possible.
Mes recherches portaient sur l'apprentissage chez les enfants qui sont " d'âge scolaire " mais qui ne sont pas envoyés à l'école, ou qui ne sont pas dans une école tel qu'on l'entend habituellement. J'ai examiné comment les enfants apprennent dans les cultures qui n'ont pas d'écoles, surtout les cultures de chasseurs-cueilleurs, les genres de cultures dans lesquelles notre espèce a évolué. J'ai également étudié l'apprentissage dans notre culture, quand on laisse aux enfants le soin de leur propre éducation et qu'on leur donne la possibilité et les moyens de s'instruire eux-mêmes. Dans ces conditions, la curiosité naturelle des enfants et leur goût de l'apprentissage persiste tout au long de l'enfance et de l'adolescence, jusqu'à l'âge adulte.

Auteur: Gray Peter

Info: Internet

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interactions

L'épigénétique, l'hérédité au-delà de l'ADN
Des mécanismes ne modifiant pas notre patrimoine génétique jouent un rôle fondamental dans le développement de l'embryon. Ils pourraient expliquer comment l'environnement induit des changements stables de caractères, voire des maladies, éventuellement héritables sur plusieurs générations.

L'épigénétique, c'est d'abord cette idée que tout n'est pas inscrit dans la séquence d'ADN du génome. "C'est un concept qui dément en partie la "fatalité" des gènes", relève Michel Morange, professeur de biologie à l'ENS. Plus précisément, "l'épigénétique est l'étude des changements d'activité des gènes - donc des changements de caractères - qui sont transmis au fil des divisions cellulaires ou des générations sans faire appel à des mutations de l'ADN", explique Vincent Colot, spécialiste de l'épigénétique des végétaux à l'Institut de biologie de l'Ecole normale supérieure (ENS-CNRS-Inserm, Paris).

Est-ce la fin de l'ère du "tout-ADN", qui a connu son apogée vers l'an 2000 avec les grandes manoeuvres du séquençage du génome humain ? "L'organisme reste construit à partir de ses gènes, même si l'activité de ceux-ci peut être modulée", tempère Michel Morange.

Mais le séquençage des génomes l'a révélé avec éclat : la connaissance seule de la séquence de l'ADN ne suffit pas à expliquer comment les gènes fonctionnent. C'était pourtant prévisible : si cette connaissance suffisait, comment expliquer que malgré leur génome identique, les différents types de cellules d'un individu développent des caractères aussi différents que ceux d'un neurone, d'une cellule du foie, des muscles ou de la peau ?

L'épigénétique répond en partie à cette interrogation - mais elle en soulève de nombreuses autres. "Le cadre classique de l'épigénétique, c'est le développement de l'embryon et la différenciation des cellules de l'organisme", indique Vincent Colot. Mais ses enjeux concernent également la médecine et la santé publique... et les théories sur l'évolution. Elle jette le soupçon sur l'environnement, qui pourrait moduler l'activité de certains de nos gènes pour modifier nos caractères, voire induire certaines maladies qui pourraient être transmis(es) à la descendance.

La première question, cependant, est celle de la définition de ce fascinant concept. Un certain flou persiste, même chez les scientifiques. "Ces ambiguïtés tiennent au fait que le terme a été introduit à plusieurs reprises dans l'histoire de la biologie, avec à chaque fois un sens différent", raconte Michel Morange, qui est aussi historien des sciences. Précurseur absolu, Aristote invente le terme "épigenèse" - de épi-, "au-dessus de", et genèse, "génération" - vers 350 avant notre ère.

"Observant des embryons de poulet, Aristote découvre que les formes ne préexistent pas dans le germe, mais sont, au contraire, progressivement façonnées au cours du développement embryonnaire", rapporte Edith Heard, qui dirige une équipe (Institut Curie-Inserm-CNRS) sur l'épigénétique du développement des mammifères. Une vision admirablement prémonitoire, qui ne se verra confirmée qu'avec l'invention du microscope à la fin du XVIIe siècle.

Quant au mot "épigénétique", il apparaît en 1942 : on le doit au généticien anglais Conrad Waddington, qui s'attache à comprendre le rôle des gènes dans le développement. Comment s'opère le passage du génotype (l'ensemble des gènes) au phénotype (l'ensemble des caractères d'un individu) ? A l'époque, on ignorait que l'ADN est le support de l'hérédité. Mais les liens entre génotype et phénotype se précisent peu à peu, à mesure qu'on découvre la structure des gènes et leur mode de régulation. Une étape décisive est franchie avec les travaux de François Jacob, Jacques Monod et André Lwoff, Prix Nobel en 1965 : ils montrent l'importance d'un facteur de l'environnement (la présence d'un sucre, le lactose) dans le contrôle de l'expression d'un gène et la détermination d'un caractère (la capacité de la bactérie E. coli à utiliser le lactose comme source d'énergie).

Le concept d'épigénétique tombe ensuite en relative déshérence, pour renaître dans les années 1980 avec son sens moderne. "Un chercheur australien, Robin Holliday, observe dans des cellules en culture des changements de caractères qui sont transmis au fil des divisions cellulaires, relate Vincent Colot. Mais ces changements semblaient trop fréquents pour pouvoir être causés par des mutations de l'ADN." Holliday découvre le rôle, dans cette transmission, de certaines modifications de l'ADN qui n'affectent pas la séquence des "nucléotides", ces lettres qui écrivent le message des gènes.

Plus largement, on sait aujourd'hui que les gènes peuvent être "allumés" ou "éteints" par plusieurs types de modifications chimiques qui ne changent pas la séquence de l'ADN : des méthylations de l'ADN, mais aussi des changements des histones, ces protéines sur lesquelles s'enroule l'ADN pour former la chromatine. Toutes ces modifications constituent autant de "marques épigénétiques". Elles jalonnent le génome en des sites précis, modulant l'activité des gènes localisés sur ces sites.

Quelle est la stabilité de ces marques épigénétiques ? La question est centrale. Certaines sont très transitoires, comme les marques qui régulent les gènes liés aux rythmes du jour et de la nuit. "Au moins 15 % de nos gènes sont régulés d'une façon circadienne : leur activité oscille sur un rythme de 24 heures. Il s'agit de gènes qui gouvernent notre métabolisme, assurant par exemple l'utilisation des sucres ou des acides gras", indique Paolo Sassone-Corsi, qui travaille au sein d'une unité Inserm délocalisée, dirigée par Emiliana Borrelli à l'université de Californie (Irvine). "Pour réguler tant de gènes d'une façon harmonieuse, il faut une logique commune. Elle se fonde sur des processus épigénétiques qui impliquent des modifications des histones."

D'autres marques ont une remarquable pérennité. "Chez un individu multicellulaire, elles peuvent être acquises très tôt lors du développement, sous l'effet d'un signal inducteur, rapporte Vincent Colot. Elles sont ensuite transmises au fil des divisions cellulaires jusque chez l'adulte - bien longtemps après la disparition du signal inducteur." Les marques les plus stables sont ainsi les garantes de "l'identité" des cellules, la vie durant. Comme si, sur la partition d'orchestre de l'ADN du génome - commune à toutes les cellules de l'organisme -, chaque instrument - chaque type de cellule - ne jouait que la partie lui correspondant, n'activant que les gènes "tagués" par ces marques.

Un des plus beaux exemples de contrôle épigénétique chez les mammifères est "l'inactivation du chromosome X". "Ce processus a lieu chez toutes les femelles de mammifères, qui portent deux exemplaires du chromosome X, explique Edith Heard. L'inactivation d'un des deux exemplaires du X, au cours du développement précoce, permet de compenser le déséquilibre existant avec les mâles, porteurs d'un seul exemplaire du X."

Si l'inactivation du X est déficiente, l'embryon femelle meurt très précocement. Cette inactivation est déclenchée très tôt dans le développement de l'embryon, "dès le stade "4 cellules" chez la souris et un plus tard pour l'espèce humaine, puis elle est stabilisée par des processus épigénétiques tout au long de la vie", poursuit Edith Heard. Par ailleurs, son équipe vient de publier un article dans Nature mis en ligne le 11 avril, montrant que les chromosomes s'organisent en "domaines", à l'intérieur desquels les gènes peuvent être régulés de façon concertée, et sur lesquels s'ajoutent des marques épigénétiques.

Les enjeux sont aussi médicaux. Certaines "épimutations", ou variations de l'état épigénétique normal, seraient en cause dans diverses maladies humaines et dans le vieillissement. Ces épimutations se produisent par accident, mais aussi sous l'effet de facteurs environnementaux. Le rôle de ces facteurs est très activement étudié dans le développement de maladies chroniques comme le diabète de type 2, l'obésité ou les cancers, dont la prévalence explose à travers le monde.

Les perspectives sont également thérapeutiques, avec de premières applications qui voient le jour. "Les variations épigénétiques sont finalement assez plastiques. Elles peuvent être effacées par des traitements chimiques, ce qui ouvre d'immenses perspectives thérapeutiques. Cet espoir s'est déjà concrétisé par le développement de premières "épidrogues" pour traiter certains cancers", annonce Edith Heard.

Le dernier défi de l'épigénétique, et non des moindres, renvoie aux théories de l'évolution. "Alors que le génome est très figé, l'épigénome est bien plus dynamique", estime Jonathan Weitzman, directeur du Centre épigénétique et destin cellulaire (université Paris-Diderot-CNRS). "L'épigénome pourrait permettre aux individus d'explorer rapidement une adaptation à une modification de l'environnement, sans pour autant graver ce changement adaptatif dans le génome", postule le chercheur. L'environnement jouerait-il un rôle dans la genèse de ces variations adaptatives, comme le croyait Lamarck ? Reste à le démontrer. Epigénétique ou non, le destin est espiègle : le laboratoire qu'anime Jonathan Weitzman n'a-t-il pas été aléatoirement implanté... dans le bâtiment Lamarck ? Internet,

Auteur: Internet

Info: Rosier Florence, https://www.lemonde.fr/sciences/ 13 avril 2012

[ interférences ] [ mutation acquise ]

polémique évolutionniste

L'épigénétique, qui existe depuis 50 ans, n'est pas un nouvel acteur majeur de l'évolution. Dans la mesure où son importance avérée est d'ordre génétique. L'évolution culturelle et comportementale est un phénomène réel, mais ce n'est pas une évolution biologique.

Synthèse moderne

La variation génétique est aléatoire. Les mutations qui se produisent n'améliorent pas nécessairement la condition physique. Si les mutations donnent lieu à des caractéristiques qui améliorent la capacité des organismes à survivre et à prospérer, il s'agit d'un simple hasard.

Synthèse évolutionniste élargie (Laland)

La variation phénotypique n'est pas aléatoire. Les individus se développent en réponse aux conditions locales, de sorte que les nouvelles caractéristiques qu'ils possèdent sont souvent bien adaptées à leur environnement.

Presque toute l'évolution est finalement due à une mutation d'une sorte ou d'une autre. Nombreux sont ceux qui pensent que le hasard des mutations est le thème dominant de l'évolution. L'affirmation concernant la synthèse moderne est parfaitement correcte, en première approximation. (On peut ergoter sur les détails.)

L'idée que les phénotypes changent en fonction des conditions locales - par exemple, l'opéron lac s'exprime en présence de lactose - n'est guère révolutionnaire et n'exige pas de changement dans notre compréhension de la théorie moderne de l'évolution.

Synthèse moderne

L'évolution se produit généralement par le biais de multiples petites étapes, conduisant à un changement graduel. C'est parce qu'elle repose sur des changements progressifs provoqués par des mutations aléatoires.

Synthèse évolutive élargie (Laland)

L'évolution peut être rapide. Les processus de développement permettent aux individus de répondre aux défis environnementaux ou aux mutations par des changements coordonnés dans des ensembles de traits.

Est-il possible que Kevin Laland ignore totalement le débat sur le gradualisme, l'hybridation, la symbiose, le transfert horizontal de gènes, les mutations homéotiques, la saltation et les macromutations ? Est-il possible qu'il n'ait jamais pensé aux équilibres ponctués et à la théorie hiérarchique ?

Il est vrai que les vues démodées d'Ernst Mayr et compagnie ("Synthèse moderne") rejetaient toutes ces idées, mais l'évolution a évolué depuis les années 1950. Elle ne se limite plus à de petites étapes graduelles.

Les "révolutionnaires" pensent que les mutations peuvent être dirigées dans un but ultime. L'idée de base d'une augmentation des taux de mutation dans certaines conditions est débattue activement depuis très longtemps (avant 1996). On ne pense pas qu'il s'agisse d'une caractéristique majeure de l'évolution, sauf dans le sens d'une augmentation du taux de mutations "aléatoires".

Synthèse moderne

La perspective est centrée sur les gènes : l'évolution nécessite des changements dans la fréquence des gènes par le biais de la sélection naturelle, de la mutation, de la migration et de la perte aléatoire de variantes génétiques.

Synthèse évolutionniste élargie

La perspective est centrée sur l'organisme, avec des conceptions plus larges des processus évolutifs. Les individus s'adaptent à leur environnement au fur et à mesure qu'ils se développent et modifient les pressions de sélection.

Cette description de la synthèse moderne est la seule fois où j'ai vu Kevin Laland mentionner quelque chose qui ressemble à la dérive génétique aléatoire. Cela ne fait manifestement pas partie de sa vision normale du monde.

Je reconnais que la théorie moderne de l'évolution est "centrée sur les gènes" à cet égard. C'est parce que nous DÉFINISSONS l'évolution comme un changement dans la fréquence des allèles au sein d'une population. Je ne sais pas ce que cela signifie de passer à un point de vue "centré sur l'organisme" comme le décrit Laland. Il est certainement vrai que les cyanobactéries individuelles s'adaptent à leur environnement au fur et à mesure qu'elles grandissent et se développent, et il est certainement vrai qu'elles peuvent modifier l'environnement. Dans le cas présent, elles ont provoqué une augmentation des niveaux d'oxygène qui a affecté toutes les espèces vivantes.

Les cyanobactéries ont évolué pour s'adapter à leur environnement par le biais de mutations aléatoires et de changements dans la fréquence des allèles au sein de la population, en partie sous l'effet de la sélection. Beaucoup d'entre elles se sont éteintes. En quoi est-ce un changement dans notre vision de l'évolution ?

Synthèse moderne

Les processus micro-évolutifs expliquent les schémas macro-évolutifs. Les forces qui façonnent les individus et les populations expliquent également les changements évolutifs majeurs au niveau des espèces et au-delà.

Synthèse évolutionniste élargie

D'autres phénomènes expliquent les changements macro-évolutifs en augmentant l'évolutivité, c'est-à-dire la capacité à générer une diversité adaptative. Il s'agit notamment de la plasticité du développement et de la construction de niches.

L'un des principes de base de la synthèse moderne était que la macroévolution peut être expliquée efficacement comme étant simplement une multitude de microévolutions cumulatives. Les manuels modernes de biologie évolutive abordent d'autres caractéristiques de la macroévolution qui nécessitent un apport supplémentaire, notamment en ce qui concerne la spéciation. La vieille idée selon laquelle la microévolution suffit à expliquer la macroévolution n'est plus un axiome en biologie évolutive, et ce depuis plusieurs décennies [voir Macroévolution].

Les manuels modernes traitent de toutes sortes de choses qui influencent l'histoire à long terme de la vie (= macroévolution). Des éléments tels que les extinctions massives, la stase, la spéciation allopatrique, les contraintes, etc. L'évolutivité a été activement débattue pendant un demi-siècle et elle est bien couverte dans la plupart des manuels. (Voir Futuyma, 2e édition, p. 599). L'évolutivité n'est pas une idée nouvelle qui va révolutionner la théorie de l'évolution. En fait, le consensus, après de nombreux débats et discussions, est que l'évolutivité échoue sur les bancs de la téléologie. La théorie ne résiste tout simplement pas à un examen approfondi.

La sélection organisationnelle pour des caractéristiques qui confèrent un succès reproductif différentiel dans le moment écologique ne peut tout simplement pas générer, de manière active ou directe, un ensemble de caractéristiques qui n'acquièrent une importance évolutive qu'en conférant une flexibilité pour des changements dans un avenir lointain. Nous ne pouvons pas nier que ces caractéristiques d'évolutivité "comptent" profondément dans l'histoire des lignées ; mais comment des avantages pour l'avenir peuvent-ils découler d'un processus causal ici et maintenant ? (Gould, 2002 p. 1274)

Il est malhonnête de laisser entendre, dans un article destiné au lecteur moyen, qu'un sujet comme l'évolutivité est récent et n'a pas été examiné en profondeur, et rejeté, dans la littérature théorique sur l'évolution. Il en va de même pour les concepts de plasticité et de construction de niche. Ce ne sont pas des concepts nouveaux. Les experts compétents en matière d'évolution - ceux qui ont lu et écrit les manuels - ont examiné ces idées et les ont rejetées en tant que facteurs majeurs de la théorie de l'évolution.

Kevin Laland peut ne pas être d'accord avec ces analyses, mais en tant que scientifique, il a l'obligation de les mentionner au moins lorsqu'il écrit des articles promouvant un changement radical de la théorie de l'évolution. Il a la responsabilité de déclarer sa partialité.

Mais je fais une supposition qui n'est peut-être pas justifiée. Peut-être ne sait-il pas que ses opinions ont déjà été débattues, discutées et, pour la plupart, rejetées. Dans ce cas, son omission n'est pas due au fait qu'il induit délibérément ses lecteurs en erreur au sujet de la controverse. Il y a une autre raison.

1. L'accent mis sur les changements héréditaires (allèles) fait partie de la définition minimale actuelle de l'évolution. Elle est très différente de la perspective du "gène égoïste" défendue par Richard Dawkins. Ceux qui ne voient pas la différence ne sont tout simplement pas attentifs.

2. Je me demande comment "l'évolution culturelle" fonctionne chez les cyanobactéries et les érables ? Les principaux participants à la réunion de la Royal Society ont un penchant extrême pour l'évolution des organismes multicellulaires complexes - essentiellement des animaux et surtout des mammifères. Cela influence grandement leur point de vue sur l'évolution. Ils ont tendance à utiliser des exemples qui ne s'appliquent qu'à l'espèce qui les intéresse comme des leviers pour faire basculer l'ensemble de la théorie de l'évolution.

King, J. L., et Jukes, T. H. (1969) Non-darwinian evolution. Science, 164:788-798. PDF (en anglais)

Auteur: Moran Laurence A.

Info: A propos de la nouvelle vision de l'évolution de Kevin Laland, 4 décembre 2016

[ tâtonnements ] [ biogénétique ] [ auto-domestication ]

onirologie

Les rêves sont des portes d'accès au monde invisible pour de nombreuses civilisations, cette porte ouvre sur le royaume des morts, des entités célestes et chthoniennes. Ces êtres interagissent avec nous grâce aux rêves, et certains d'entres eux peuvent nous apporter des messages célestes, et d'autres des messages plutôt sombres et funestes. Dans la mystique juive, il est admis que le dormeur à la capacité d'entrer en contact avec différents êtres durant le sommeil, Moshé Idel nous dévoile certaines techniques onirologiques utilisées par des Maîtres Kabbalistes.

Dans la technique dite du she’elot halom, particulièrement présente chez les Kabbalistes, technique qui consiste à formuler des questions avant d’aller dormir, le praticien entre en dialogue avec le monde invisible. Le grand Besht, plus connu sous le nom de Ba'al Shem Tov, est dit avoir utilisé cette technique et que tout ce que savait le Besht provenait des réponses qu'il recevait en rêve. Dans certains cas, ces réponses prennent la forme d’un verset de la Bible comme une révélation personnelle, dans lequel la réponse était contenu. Par conséquent, on devait interpréter le verset comme la Thora est interprétée par les Maîtres.

R. Isaac ben Samuel d’Acre, un Kabbaliste du début du XIVème siècle, rapporte ce qui suit : "Moi, le jeune Isaac d’Acre, étais endormi dans mon lit, et à la fin de la troisième garde, une merveilleuse réponse par le rêve m’a été révélée, dans une véritable vision, comme si j’étais pleinement éveillé, et la voici [le verset] : - Sois entièrement avec l’Éternel ton Dieu…" Deutéronome, chapitre 18, verset 13

R. Isaac voit toutes sortes de combinaisons de mots et leurs équivalences numériques qui font allusion au nom divin YBQ, et "pense aux lettres du Tétragramme telles qu’elles sont prononcées (...). En une cogitation conceptuelle, méditative et intellectuelle… non pas d’une façon qui arrive du cœur à la gorge…".

Cette technique de permutation des lettres associée à une médiation est l'oeuvre d'Abraham Aboulafia (1240-1291), George Lahy définit cette permutation des lettres, le Tserouf, comme suit :

"La pratique du Tserouf, l’art combinatoire, ouvre les portes de la Kabbale extatique. Cette extase provoquée par le Kabbaliste est un ravissement de l’esprit fusionné par la méditation et détaché du monde sensible."

Dans son livre H’aye haOlam haBa, Abraham Aboulafia nous explique de quelle manière procéder :

"Il te faut t’apprêter pour l’union du coeur et la purification du corps. Un lieu particulier et préservé doit être choisi, d’où ta voix ne sera entendue de personne. Installe-toi complètement seul et retire-toi dans l’HITBODED (esseulement). Tu dois être assis en ce lieu préservé, qui peut être une pièce ou une cellule ; mais surtout ne révèle ce secret à personne. Si tu peux, applique la méthode le jour dans une maison, mais le moment le plus favorable est la nuit. Éloigne de ton esprit les vanités de ce monde, car c’est l’instant où tu vas parler avec ton Créateur, de qui tu souhaites connaître la Grandeur.

Enveloppe-toi dans ton châle de prière et place ta tête et ton bras tes tefillim car tu dois être rempli de révérence envers la Shekhinah qui t’enrobe maintenant. Vérifie que tes vêtements soient purs et de préférence blancs ; cette précaution invite avec force au recueillement…"

Un autre exemple de la pratique onirologique du she’elat halom découle de l’un des plus célèbres Kabbalistes, Rabbi Hayyim Vital, qui recommande ceci :

"Tu iras au lit pour dormir, prie : - Que Ta Volonté soit faite, et utilise l’une des prononciations des noms [divins] écrits devant toi, et dirige ta pensée vers les sphères mystiques qui y sont liées. Puis évoque ta question soit pour découvrir les problèmes liés à un rêve et les choses futures, soit pour obtenir quelque chose que tu désires, ensuite pose [la question]."

Ailleurs, ce Kabbaliste a recours à une technique de visualisation de la couleur pour obtenir une réponse à sa question, qu’il atteint dans un état similaire au rêve :

"Visualise qu’au-dessus du firmament des Aravot (des cieux), il y a un très grand rideau blanc, blanc comme la neige, sur lequel le Tétragramme est inscrit, en écriture assyrienne (il ne s’agit pas de l’écriture cunéiforme assyrienne, Hayyim Vital fait référence à une forme calligraphique traditionnelle de l’alphabet hébraïque : l’écriture carrée, dite ashourite (ktav ashuri), qui vient du nom Ashur. Ashur en hébreu désigne l’Assyrie), dans une certaine couleur…. et chacune des grandes lettres inscrites là sont aussi grandes qu’une montagne ou une colline. Et tu devras imaginer, dans tes pensées, que tu poses ta question à ces combinaisons de lettres écrites là, et elles répondront à ta question, ou elles feront résider leur esprit dans ta bouche, ou bien tu seras somnolent et elles te répondront, comme dans un rêve."

Une autre technique d’induction des rêves a été élaborée à partir de textes mystiques juifs, elle s’appelle "les pleurs mystiques" : il s’agit d’un effort pour atteindre un résultat direct par le biais des pleurs provoqués sur soi-même. Ce résultat recherché peut aller de la connaissance paranormale aux visions porteuses d’informations à propos de quelque secret. Nous trouvons quelques exemples dans la littérature apocalyptique, où la prière, les pleurs et les jeûnes sont utilisés pour induire le Parole de Dieu dans un rêve.

Le lien entre les pleurs et les perceptions paranormales qui se forme dans les rêves est également évident dans une histoire midrashique :

"L’un des étudiants de R. Simeon bar Yohaï avait oublié ce qu’il avait appris. En larmes, il se rendit au cimetière. Du fait de ses grands pleurs, il [R. Simeon] vint à lui en rêve et lui dit : - lorsque tu te lamentes, lance trois brindilles, et je viendrai... L’étudiant se rendit auprès d’un interprète des rêves et lui raconta ce qui s’était produit. Ce dernier lui dit : - répète ton chapitre [ce que tu as appris] trois fois, et il te reviendra... L’étudiant suivit ses conseils et c’est effectivement ce qui se passa."

La corrélation entre les pleurs et la visite d’une tombe semble faire allusion à une pratique destinée à induire des visions. Ceci, bien sûr, faisait partie d’un contexte plus étendu dans lequel les cimetières étaient des sites où il était possible de recevoir une vision. Tomber de sommeil en larmes, ce dont il est question ici, semble également être une part de l’enchaînement : la visite au cimetière, les pleurs, tomber de sommeil en larmes, le rêve révélateur.

La technique des pleurs pour atteindre la "Sagesse" est puissamment expliquée par R. Abraham ha-Levi Berukhim, l’un des disciples d’Isaac Louria. Dans l’un de ses programmes, après avoir spécifié le "silence" comme première condition, il nomme "la seconde condition : dans toutes tes prières, et dans toutes tes heures d’étude, en un lieu que l’on trouve difficile (le lieu où l’on étudie), dans lequel tu ne peux pas comprendre et appréhender les sciences propédeutiques ou certains secrets, provoque en toi d’amères lamentations, jusqu’à ce que des larmes mouillent tes yeux, et pleure autant que tu pourras. Et fais redoubler tes pleurs, car les portails des larmes n’étaient pas fermés et les portails célestes s’ouvriront à toi."

Pour Louria et Berukhim, pleurer est une aide pour surmonter les difficultés intellectuelles et recevoir des secrets. Ceci s’apparente à l’histoire de R. Abraham Berukhim qui est la confession autobiographique de son ami, R. Hayyim Vital :

"En 1566, la veille de Chabbath, le 8 du mois de Tevet, j’ai récité le Kiddush et me suis assis pour manger ; et mes yeux s’emplirent de larmes, j’avais signé et j’étais triste dès lors… J’étais lié par la sorcellerie… Et je pleurais également pour avoir négligé la Torah au cours des deux dernières années… Et à cause de mon inquiétude, je n’ai pas mangé du tout, et je me suis étendu, le visage contre mon lit, en pleurs, et je me suis endormi d’avoir trop pleuré, et j’ai fais un rêve extraordinaire."

Ces she’elot halom (les questions posées par le biais des rêves, la visualisation de couleur, les pleurs mystiques), comme d’autres techniques mystiques appartiennent à la littérature juive, mais également au quotidien des Kabbalistes. Moshé Idel affirme que cette technique suppose que le mystique peut prendre l’initiative et établir un contact avec d’autres royaumes, et qu’il peut induire certaines expériences en ayant recours à ces techniques.

Auteur: Shoushi Daniel

Info: Le she’elot halom, ou le processus d'induction spirituelle par les rêves chez les mystiques juifs, par Moshé Idel, 11 Avril 2018. Sources : Kabbale extatique et Tsérouf, Georges Lahy. Editions : Lahy. Astral Dreams in Judaism Twelfth to Fourteenth Centuries, Moshé Idel. Editions : Dream Cultures; Explorations in the Comparative History of Dreaming. Ed. by David Shulman and Guy G. Stroumsa. New York : Oxford University Press, 1999. Les kabbalistes de la nuit, Moshé Idel. Editions Allia

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nanomonde

Comment l’IA impacte la recherche sur la structure des protéines

Chaque être humain possède plus de 20 000 protéines. Par exemple l’hémoglobine qui s’occupe du transport de l’oxygène depuis les poumons vers les cellules de tout le corps, ou encore l’insuline qui indique à l’organisme la présence de sucre dans le sang.

Chaque protéine est formée d’une suite d’acides aminés, dont la séquence détermine son repliement et sa structure spatiale – un peu comme si un mot se repliait dans l’espace en fonction des enchaînements de lettres dont il est composé. Cette séquence et ce repliement (ou structure) de la protéine déterminent sa fonction biologique : leur étude est le domaine de la « biologie structurale ». Elle s’appuie sur différentes méthodes expérimentales complémentaires, qui ont permis des avancées considérables dans notre compréhension du monde du vivant ces dernières décennies, et permet notamment la conception de nouveaux médicaments.

Depuis les années 1970, on cherche à connaître les structures de protéines à partir de la seule connaissance de la séquence d’acides aminés (on dit « ab initio »). Ce n’est que très récemment, en 2020, que ceci est devenu possible de manière quasi systématique, avec l’essor de l’intelligence artificielle et en particulier d’AlphaFold, un système d’IA développé par une entreprise appartenant à Google.

Face à ces progrès de l’intelligence artificielle, quel est désormais le rôle des chercheurs en biologie structurale ?

Pour le comprendre, il faut savoir qu’un des défis de la biologie de demain est la "biologie intégrative", qui a pour objectif de comprendre les processus biologiques au niveau moléculaire dans leurs contextes à l’échelle de la cellule. Vu la complexité des processus biologiques, une approche pluridisciplinaire est indispensable. Elle s’appuie sur les techniques expérimentales, qui restent incontournables pour l’étude de la structure des protéines, leur dynamique et leurs interactions. De plus, chacune des techniques expérimentales peut bénéficier à sa manière des prédictions théoriques d’AlphaFold.

(Photo) Les structures de trois protéines de la bactérie Escherichia coli, déterminées par les trois méthodes expérimentales expliquées dans l’article, à l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble. Beate Bersch, IBS, à partir d’une illustration de David Goodsell, Fourni par l'auteur

La cristallographie aux rayons X

La cristallographie est, à cette date, la technique la plus utilisée en biologie structurale. Elle a permis de recenser plus de 170 000 structures de protéines dans la "Protein Data Bank", avec plus de 10 000 repliements différents.

Pour utiliser la cristallographie à rayons X, il faut faire "cristalliser les protéines". On dit souvent que cette technique est limitée par la qualité de cristaux de protéines, qui est moindre pour les grosses protéines. Mais cette notion ne correspond pas toujours à la réalité : par exemple, la structure du ribosome, l’énorme machine moléculaire qui assemble les protéines, a été résolue à 2,8 angströms de résolution. Venkatraman Ramakrishnan, Thomas Steitz et Ada Yonath ont reçu le prix Nobel de chimie en 2009 pour ce travail.

Avec le développement récent du laser X à électron libre (XFEL), il est devenu possible d’étudier simultanément des milliers de microcristaux de protéines à température ambiante et à l’échelle de la femtoseconde (10-15 secondes, soit un millionième de milliardième de seconde, l’échelle de temps à laquelle ont lieu les réactions chimiques et le repliement des protéines). Cette technique permet d’imager les protéines avant qu’elles ne soient détruites. Elle est en train de révolutionner la "cristallographie cinétique", qui permet de voir les protéines "en action", ainsi que la recherche de médicaments.

Pour l’instant, l’apport d’AlphaFold à l’étude de la structure des protéines par cristallographie s’est concentré dans la génération de modèles de protéines assez précis pour appliquer la technique dite de "remplacement moléculaire" à la résolution des structures.

La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire

Une autre méthode expérimentale pour étudier la structure des protéines est la "spectroscopie par résonance magnétique nucléaire". Alors que son alter ego d’imagerie médicale, l’IRM, regarde la distribution spatiale d’un seul signal, caractéristique des éléments chimiques dans les tissus biologiques observés, en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, c’est un ensemble de signaux provenant des atomes constituant la protéine qui est enregistré (ce qu’on appelle le "spectre").

Généralement, la détermination de la structure par résonance magnétique est limitée à des protéines de taille modeste. On calcule des modèles de molécules basés sur des paramètres structuraux (comme des distances interatomiques), provenant de l’analyse des spectres expérimentaux. On peut s’imaginer cela comme dans les débuts de la cartographie, où des distances entre des points de référence permettaient de dessiner des cartes en 2D. Pour faciliter l’interprétation des spectres qui contiennent beaucoup d’information, on peut utiliser des modèles obtenus par prédiction (plutôt qu’expérimentalement), comme avec AlphaFold.

En plus de la détermination structurale, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire apporte deux atouts majeurs. D’une part, en général, l’étude est effectuée avec un échantillon en solution aqueuse et il est possible d’observer les parties particulièrement flexibles des protéines, souvent invisibles avec les autres techniques. On peut même quantifier leur mouvement en termes d’amplitude et de fréquence, ce qui est extrêmement utile car la dynamique interne des protéines est aussi cruciale pour leur fonctionnement que leur structure.

D’autre part, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire permet de détecter aisément les interactions des protéines avec des petites molécules (ligands, inhibiteurs) ou d’autres protéines. Ceci permet d’identifier les sites d’interaction, information essentielle entre autres pour la conception rationnelle de molécules actives comme des médicaments.

Ces propriétés font de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire un outil extraordinaire pour la caractérisation fonctionnelle des protéines en complémentarité avec d’autres techniques expérimentales et l’IA.

La "cryomicroscopie électronique"

La cryomicroscopie électronique consiste à congeler ultrarapidement (environ -180 °C) un échantillon hydraté dans une fine couche de glace, qui sera traversée par les électrons. Les électrons transmis vont générer une image de l’échantillon, qui après analyse, permet d’accéder à des structures qui peuvent atteindre la résolution atomique. En comparaison, un microscope optique n’a un pouvoir résolutif que de quelques centaines de nanomètres, qui correspond à la longueur d’onde de la lumière utilisée ; seul un microscope utilisant une source possédant des longueurs d’onde suffisamment faibles (comme les électrons pour la microscopie électronique) possède un pouvoir résolutif théorique de l’ordre de l’angström. Le prix Nobel de Chimie 2017 a été décerné à Jacques Dubochet, Richard Henderson et Joachim Frank pour leurs contributions au développement de la cryomicroscopie électronique.

Avec de nombreux développements technologiques, dont celui des détecteurs à électrons directs, depuis le milieu des années 2010, cette technique est devenue essentielle en biologie structurale en amorçant une "révolution de la résolution". En effet, la cryomicroscopie électronique permet désormais d’obtenir des structures avec une résolution atomique, comme dans le cas de l’apoferritine – une protéine de l’intestin grêle qui contribue à l’absorption du fer – à 1,25 angström de résolution.

Son principal atout est de permettre de déterminer la structure d’objets de taille moyenne, au-delà de 50 000 Dalton (un Dalton correspond environ à la masse d’un atome d’hydrogène), comme l’hémoglobine de 64 000 Dalton, mais également d’objets de quelques milliards de daltons (comme le mimivirus, virus géant d’environ 0,5 micromètre).

Malgré toutes les avancées technologiques précédemment évoquées, la cryomicroscopie ne permet pas toujours de résoudre à suffisamment haute résolution la structure de "complexes", constitués de plusieurs protéines. C’est ici qu’AlphaFold peut aider et permettre, en complémentarité avec la cryomicroscopie, de décrire les interactions au niveau atomique entre les différents constituants d’un complexe. Cette complémentarité donne une force nouvelle à la cryomicroscopie électronique pour son rôle à jouer demain en biologie structurale.

Les apports d’AlphaFold

AlphaFold permet de prédire la structure de protéines uniquement à partir de leur séquence avec la connaissance acquise par la biologie structurale expérimentale. Cette approche est révolutionnaire car les séquences de beaucoup de protéines sont connues à travers les efforts des séquençages des génomes, mais déterminer leurs structures expérimentalement nécessiterait des moyens humains et techniques colossaux.

À l’heure actuelle, ce type de programme représente donc un acteur supplémentaire de complémentarité, mais ne se substitue pas aux techniques expérimentales qui, comme nous l’avons vu, apportent aussi des informations complémentaires (dynamiques, interfaces), à des échelles différentes (des sites métalliques aux complexes multiprotéiques) et plus fiables, car expérimentalement vérifiées. Au-delà de la pure détermination structurale d’une protéine isolée, la complexité des systèmes biologiques nécessite souvent une approche pluridisciplinaire afin d’élucider mécanismes et fonctions de ces biomolécules fascinantes que sont les protéines.

Auteur: Internet

Info: Published: December 19, 2022 Beate Bersch, Emmanuelle Neumann, Juan Fontecilla, Université Grenoble Alpes (UGA)

[ gnose chimique ]

chair-esprit

Le libre-arbitre existe-t-il ? Comment le cerveau déforme la réalité temporelle
Nous avons coutume de penser que nous sommes libres de décider et de choisir nos actes. Et pourtant, une série d'expériences de neurosciences jettent un doute sur ce qu'on a l'habitude d'appeler notre libre-arbitre.
Même si elles sont largement débattues, tant du point de vue de leurs résultats scientifiques que de l'interprétation philosophique qui en est donnée, ces expériences sont plutôt troublantes !
Libre-arbitre et activité neurologique
Nous avons tous une notion intuitive de ce qu'est le libre-arbitre. Sur le plan biologique, il peut être associé à la notion d'action volontaire, qui s'oppose à celle de réflexe. Alors que les réflexes empruntent des chemins neuronaux simples (comme un rapide circuit via la moelle épinière), les actions volontaires font intervenir de nombreuses aires cérébrales.
1983 : L'expérience fondatrice de Benjamin Libet*
Dans l'expérience de Libet, on vous place devant une horloge qui défile rapidement, et on vous donne un bouton sur lequel vous pouvez appuyer au moment qui vous plaira. La seule chose qu'on vous demande c'est de retenir le nombre indiqué par l'horloge au moment où vous prenez votre décision d'appuyer. Dans le même temps, des électrodes placées sur votre crâne suivent votre activité cérébrale.
Ce dispositif permet de mesurer 1) le moment où vous prenez la décision d'appuyer, 2) le moment où votre cerveau commence à s'activer, et 3) le moment où vous appuyez physiquement sur le bouton. Et la découverte spectaculaire de Libet, c'est que l'activation cérébrale précède la décision consciente, et ce de plusieurs centaines de millisecondes.
Interprétée de manière brute, l'expérience de Libet semble condamner le libre-arbitre : vous avez l'impression de décider d'appuyer à un certain moment, mais votre cerveau a déjà décidé depuis presque une demi-seconde ! Comment puis-je être libre de décider quelque chose, si au moment où j'ai conscience de choisir, mon cerveau a déjà commencé à agir ? Comme on peut s'en douter, cette expérience possède de nombreux points faibles que les spécialistes n'ont pas été longs à relever.
Il y a tout d'abord les incertitudes de mesure, puisqu'on parle ici d'un écart de seulement quelques centaines de millisecondes. Ensuite le fait que l'estimation du moment de décision par le sujet lui-même n'est certainement pas très fiable : elle est subjective et l'horloge peut constituer une source de distraction et donc d'erreur. Enfin, le signal électrique relevé dans le cerveau pourrait être simplement un signal "préparatoire", qui indique que le cerveau s'active mais qui ne détermine pas spécifiquement la décision que l'on va prendre.
Bref, il y a plein de critiques à faire à l'expérience de Libet, et qui permettent de se rassurer quant à l'existence de notre libre-arbitre. Tout va bien donc, jusqu'à une nouvelle expérience réalisée en 2008, et qui s'affranchit de la plupart de ces critiques.
Dans cette nouvelle expérience, plusieurs choses diffèrent par rapport au protocole de Benjamin Libet. Tout d'abord, le sujet dispose de 2 boutons, un dans sa main gauche et un dans sa main droite. Il peut appuyer quand il le souhaite, soit à gauche soit à droite. Ensuite, le cerveau du sujet est suivi cette fois dans une IRM, ce qui permet d'observer simultanément l'activité de tout un ensemble d'aires cérébrales.
Et le moins que l'on puisse dire, c'est que les résultats de cette expérience sont perturbants. D'une part, l'IRM révèle qu'une activité cérébrale préparatoire existe 7 à 10 secondes AVANT que le sujet ne prenne sa décision d'appuyer. Encore plus troublant, cette activité cérébrale permet dans une bonne mesure de prédire de quel côté le sujet va appuyer.
Oui oui, vous avez bien lu, plusieurs secondes avant que vous soyiez conscient de choisir, votre cerveau a déjà décidé entre droite et gauche, et l'IRM peut révéler le côté qui sera choisi !
Pour modérer un peu ce résultat apparemment catastrophique pour notre libre-arbitre, il faut noter que la prédiction faite par l'IRM est loin d'être infaillible, puisqu'elle fonctionne au mieux dans 60% des cas, ce qui est significativement mieux que le hasard, mais reste tout de même limité.
Quelle conclusion raisonnable tirer de ces expériences ?
Il faut savoir qu'il n'existe chez les scientifiques et les philosophes aucun consensus quant à l'interprétation de ces expériences. Pour certains comme Patrick Haggard, le libre-arbitre n'existe tout simplement pas, il affirme "We feel that we choose, but we don't". Pour d'autres, au contraire, ces expériences n'ont aucune valeur, "Circulez ya rien à voir !".
Une position intermédiaire raisonnable c'est d'admettre que ces expériences montrent au moins que nos intentions ne sont pas systématiquement à l'origine de nos actions. Les processus inconscients jouent peut être un plus grand rôle que nous ne pouvions le penser, et la conscience d'une décision est un phénomène qui se construit au cours du processus de décision, pas à son origine.
Comme cette conclusion prudente semble quand même en mettre un coup à notre vieille notion de libre-arbitre, une manière de se rassurer c'est de considérer que notre cerveau prépare nos décisions assez en avance par rapport à notre conscience, mais qu'il nous laisse jusqu'au dernier moment un droit de veto. Il semblerait qu'une des fonctions de cette aire appelée SMA soit justement de pouvoir inhiber certaines actions décidées et préparées en amont. Donc jusqu'au dernier moment, on aurait le choix de ne pas faire. C'est ce que les anglo-saxons appellent le "free won't", par analogie au libre-arbitre appelé "free will".
Pour d'autres philosophes comme Dan Dennett, ces expériences sont correctes, mais elles ne sont pas incompatibles avec le libre-arbitre. Ces philosophes adhèrent à une position appelée compatibilisme, selon laquelle la réalité est totalement déterministe mais le libre-arbitre existe quand même. J'avoue que je ne comprends pas ce que ça signifie, et que pour moi ça ressemble beaucoup à une posture de façade "pour sauver les meubles". Ce qu'on peut comprendre car si le libre-arbitre était vraiment réfuté, les conséquences pour la société pourraient être terribles.
Les implications morales de l'absence de libre-arbitre
Imaginons que l'on montre scientifiquement que le libre-arbitre n'existe pas, alors on est mal car toutes nos lois et notre droit reposent sur la notion de responsabilité individuelle : nous sommes responsables de nos actes car nous sommes libres de les accomplir ou pas.
D'ailleurs en droit, pour être puni d'un crime, il faut qu'il y ait à la fois l'intention et l'action. La pensée n'est pas un crime, donc si vous avez juste l'intention de commettre un forfait, on ne peut pas vous condamner pour ça (encore que ce ne soit pas totalement vrai, notamment dans le cas de la préparation d'actes terroristes). Réciproquement, si quelqu'un commet un crime mais est jugé irresponsable, il ne sera pas condamné. Donc si le libre-arbitre n'existe pas, nous sommes tous irresponsables de nos actes et toutes nos structures juridiques s'effondrent !
Ceci a amené Dan Dennett à mettre en garde les scientifiques à ne pas trop faire d'annonces intempestives au sujet de leurs expériences sur le libre-arbitre !...
Pour aller plus loin...
Il faut ajouter un commentaire sur ce résultat de 60% de prédiction du côté gauche/droit quand on fait l'IRM. Cela peu paraître peu, bien peu. Mais songez que l'IRM est loin d'être en général un prédicteur parfait de nos actes. Ce qu'ont notamment montré les auteurs, c'est que même en utilisant l'information disponible dans le cortex moteur après la prise de décision et pendant le mouvement, on n'arrivait à correctement prédire le côté que dans 75% des cas. Alors qu'en théorie on devrait être capable de le faire à 100%. Cela montre que l'IRM est une information peut être trop agrégée pour permettre une prédiction très fiable.
Ainsi une récente étude montre qu'en faisant un suivi individuel de neurones avec des électrodes implantées dans le cerveau (plutôt qu'une IRM), on peut prédire le résultat avec une acuité de 80%, et ce 700 millisecondes avant la décision consciente. Tout ça pour dire que rien ne nous met à l'abri de futures expériences avec de meilleurs systèmes de mesure et de prédiction, qui pourraient deviner nos décisions 5 secondes en avance avec 90% de fiabilité.
Pour finir sur un peu de philo, ces expériences semblent au moins réfuter le modèle dualiste du corps et de l'esprit. Dans ce modèle popularisé par Descartes, l'esprit existe indépendamment du corps, et est capable de le contrôler. Si cette vision était correcte, alors le sentiment d'avoir l'intention d'agir (qui viendrait de l'esprit) devrait précéder les manifestations cérébrales et musculaires (du corps). Il paraît que les philosophes dualistes, ça n'existe plus, mais malgré tout la vision dualiste reste probablement la plus reflétée dans le langage commun, quand on dit "JE décide" (esprit), mais "le cerveau s'active" et "le muscle bouge" (corps).

Auteur: Internet

Info: sciencetonnante.wordpress.com,*voir aussi les expériences de Walter Grey

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