Le mot "zéro" a pour racine l’indien sunya qui signifie "vide" ou "néant". Traduit littéralement, sunya devient sifr en arabe (qui a aussi le sens de "vide") et zephirum en latin, ce qui a donné naissance au mot "zéro".

Si une quantité non négative est si petite qu'elle est plus petite que n'importe quelle autre, alors elle ne pourra être que zéro. À ceux qui demandent quelle est cette quantité infiniment petite en mathématiques, nous répondons qu'il s'agit en fait de zéro. Il n'y a donc pas tant de mystères que cela dissimulés dans ce concept, contrairement à ce que l'on croit généralement. Ces prétendues énigmes ont contribué à rendre le calcul de l'infiniment petit tout à fait suspect aux yeux de beaucoup de gens. Les doutes qui subsistent seront levés en profondeur dans les pages suivantes, où nous expliquerons ce calcul.

Notre cerveau compte des milliards de neurones. Que peut nous apprendre un seul d'entre eux ?

Chaque cerveau humain, d'environ 1,4 kg, contient quelque 86 milliards de neurones et des milliards de connexions. Les réseaux en perpétuelle évolution qu'ils forment traitent nos mondes intérieur et extérieur, mais la manière exacte dont ils créent ce que nous appelons l'expérience reste encore floue. Pour obtenir une image haute résolution de l'activité neuronale, les neuroscientifiques devraient manipuler le crâne de personnes vivantes à l'aide de techniques invasives – une perspective contraire à l'éthique dans presque tous les cas. C'est pourquoi les chercheurs étudient principalement le cerveau de l'extérieur, avec une résolution plus faible.

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est un outil clé : elle mesure le flux sanguin cérébral, indicateur de l'activité cérébrale. (Lorsque les neurones s'activent, ils consomment davantage d'oxygène, ce qui provoque un afflux sanguin vers les zones actives.) L'électroencéphalographie (EEG), un outil plus ancien, utilise des électrodes placées sur la tête pour enregistrer l'activité électrique des populations neuronales. Bien que ces techniques soient essentielles à la recherche moderne, elles ne fournissent qu'une image grossière de ce qui se passe dans le cerveau.

Rarement, les neuroscientifiques ont l'opportunité d'approfondir leurs recherches grâce à la généreuse participation de patients, notamment ceux opérés de l'épilepsie. Pour surveiller leurs crises, certains patients se font implanter des électrodes dans le tissu cérébral. Avec leur consentement éclairé, les neuroscientifiques peuvent utiliser ces électrodes pour enregistrer l'activité de sous-populations de neurones, voire de cellules individuelles. Ils peuvent ensuite mener des expériences sur les patients afin d'observer comment les neurones réagissent aux odeurs, aux problèmes mathématiques, aux tâches de mémorisation et bien plus encore.

Nouveautés et points importants :

Plus tôt cette année, j'ai publié un article sur les neurones conceptuels , des cellules uniques qui s'activent pour des concepts spécifiques, comme l'actrice Jennifer Aniston. Lorsqu'une personne voit une photo d'Aniston, lit son nom ou l'entend prononcer, les mêmes neurones réagissent. Chaque neurone conceptuel peut coder des dizaines de concepts différents, mais souvent liés. Et chaque personne possède un ensemble différent de concepts et de cellules qui les codent, en fonction de son vécu. Sans les études d'électrodes monocellulaires chez les patients épileptiques, nous ignorerions tout simplement l'existence des neurones conceptuels.

Les neurones conceptuels réagissent également aux odeurs. Dans une étude de 2024, le neurobiologiste Florian Mormann, de l'Université de Bonn, a examiné le comportement des neurones chez des patients épileptiques exposés à différentes odeurs, comme la réglisse ou le café. Ces travaux ont confirmé le mécanisme de traitement des odeurs par le cerveau humain, un phénomène jusqu'alors principalement étudié chez les rongeurs. L'équipe de Mormann a découvert que les neurones du cortex piriforme, une région cérébrale impliquée dans le traitement des odeurs, réagissaient non seulement aux molécules odorantes atteignant les récepteurs nasaux, mais aussi à des images ou des mots associés à l'odeur. Ceci suggère que l'odorat est traité par des neurones conceptuels qui contribuent à la reconnaissance d'informations sensorielles sous forme de concepts abstraits.

En utilisant des techniques similaires, Mormann et son collègue Andreas Nieder, neuroscientifique à l'université de Tübingen en Allemagne, ont découvert comment le cerveau encode les petits nombres. Des neurones spécifiques s'activent pour leurs nombres " préférés ", et cette activation est plus précise pour les nombres de 1 à 4 que pour les nombres plus grands. Dans une étude ultérieure, les neuroscientifiques ont constaté que le cerveau place le zéro sur une droite numérique mentale avec les autres nombres, mais le représente de manière plus distinctive. " Le zéro est simplement une exception, une valeur aberrante, représentée comme telle dans le cerveau ", a expliqué Nieder. 





 

Personnages derrière la biologie 

En août dernier, j’ai discuté avec Jane Richardson, biologiste structurale à l’université Duke, sur Zoom. Elle m’a raconté comment, dans les années 1970, elle a commencé à dessiner des protéines sous forme de rubans et de feuilles tourbillonnant et s’enroulant les unes autour des autres – une représentation des molécules qui est rapidement devenue aussi omniprésente que belle.

Richardson s'est exprimée depuis son logis dans la Sierra Nevada, qu'elle et son mari ont remplie d'œuvres d'art. Elle m'a parlé des œuvres qui l'entourent. Certaines étaient des cadeaux, m'a-t-elle dit, de sa sœur, qui a voyagé dans le monde entier pour son travail. D'autres venaient de sa belle-mère, une artiste professionnelle (bien qu'ils aient perdu beaucoup de leurs œuvres préférées dans un incendie de forêt). Parmi elles se trouvaient ses propres photographies et des diagrammes en ruban colorés, dessinés à la main.

 Au cours de nos entretiens, j'ai vraiment appris à apprécier la personne derrière la science. Richardson est une biologiste structurale, oui, mais aussi une philosophe, une artiste et une photographe. Elle est l'un des personnages fascinants derrière mes histoires, des personnes qui intègrent leurs passions dans le travail de leur vie et font avancer la science de manière surprenante.

 De nombreux détails, comme la galerie murale de Richardson, ne figurent pas dans mes articles. Mais en coulisses, ils m'aident à développer mes personnages et à décrire leurs personnalités. Cette année, en rendant compte des avancées scientifiques majeures pour  Quanta , j'ai été ému à maintes reprises, non seulement par la passion de mes sources, mais aussi par le côté geek contagieux avec lequel elles abordent leur travail.

J'ai adoré les voir s'enthousiasmer et faire des gestes insensés en décrivant ce qu'elles avaient appris sur le monde, la vie et nous. Et j'ai adoré entrevoir leur personnalité, la façon dont elles voient le monde et à quoi ressemble leur propre monde. Nous avons parlé de tout et de rien.

 Mes moments forts du reportage

 Pendant la majeure partie de l’année, les protéines ont occupé mon esprit alors que je rédigeais un article sur le " problème du repliement des protéines ". Les protéines sont les molécules à l’origine de tous les processus biologiques, du transport de l’oxygène dans le sang à l’identification des envahisseurs dans le corps. La fonction d’une protéine est déterminée par sa forme, mais comment trouve-t-elle la bonne forme ? Cette question hante les biologistes depuis les années 1950 et a finalement donné lieu à un concours biannuel dans lequel biologistes et informaticiens rivalisent pour prédire la forme 3D d’une protéine à partir de sa séquence moléculaire. Puis, en 2020, Google a sorti un outil d’intelligence artificielle connu sous le nom d’AlphaFold2, résolvant ainsi une grande partie du problème et laissant le domaine de la science des protéines dans un mélange d’exaltation et de confusion. J’ai passé la majeure partie de l’année 2024 à discuter avec des scientifiques de l’impact d’AlphaFold2 sur eux et leur processus scientifique. J’ai appris que le chagrin ressenti par les biologistes structurels face à cet algorithme, qui pouvait résoudre en quelques instants des problèmes qui demandaient auparavant des années de travail, s’est transformé en appréciation pour un outil qui pouvait accélérer leur travail. Cette histoire a été un tourbillon à raconter et une joie à écrire. Vous pouvez donc imaginer mon enthousiasme lorsque, en octobre, je me suis réveillé avec la nouvelle que certains des personnages de mon histoire – John Jumper, David Baker et Demis Hassabis – avaient reçu le prix Nobel de chimie. En général, lorsque des prix sont annoncés, on entend les noms, puis on lit leurs découvertes et on passe à autre chose. Mais cette fois, c’était personnel. Ce n’étaient pas que des noms, c’étaient des personnes.

Puis, après six mois de protéines dans le cerveau, j’ai eu l’occasion de ne penser à rien. " Le zéro est, pour de nombreux mathématiciens, certainement considéré comme l’une des plus grandes – ou peut-être la plus grande – réalisation de l’humanité ", m’a dit Andreas Nieder, neuroscientifique à l’université de Tübingen en Allemagne. Le zéro a conduit aux lois de l’univers, à la théorie des nombres et aux mathématiques modernes. Mais ce n’est qu’au VIIe siècle en Inde, relativement tard dans l’histoire des nombres, que le zéro a acquis une valeur et est devenu un nombre. Aujourd’hui, plus de mille ans plus tard, des neuroscientifiques comme Nieder et Benjy Barnett de l’University College de Londres sondent le cerveau pour comprendre comment il saisit un concept aussi étrange : un objet numérique qui représente l’absence. Nieder est toujours ravi de parler des nombres. Je lui ai parlé pour la première fois en 2023 de la façon dont le cerveau traite les petits et les grands nombres. Même à l’époque, le zéro était dans son esprit : " Le nombre zéro est le plus fascinant de tous. C’est l’oncle excentrique de la famille des nombres." Cette citation est restée gravée dans ma tête depuis lors. C’était satisfaisant de pouvoir enfin la publier.

Et puis ça : saviez-vous que certaines personnes n’ont pas d’œil mental ? Lorsqu’on leur demande d’imaginer une pomme, les personnes atteintes d’aphantasie déclarent ne rien voir du tout. Lorsque j’ai fait un reportage sur ce phénomène, j’ai raconté ce que j’apprenais à ma famille et à mes amis – et ce faisant, j’ai appris des choses sur leurs diverses expériences du monde. En buvant un verre et en buvant du chocolat, j’ai vu ma mère se rendre compte qu’elle souffrait d’aphantasie. Deux de mes rédacteurs en chef souffrent également d’une forme ou d’une autre de cette maladie. Ces discussions informelles m’ont fait penser que l’aphantasie semble être assez courante, ou du moins plus courante qu’on ne le pense. Mais étudier l’imagerie mentale est difficile car nous devons nous fier à des auto-évaluations. Lorsque je " vois" une pomme dans mon œil mental, est-ce que je la vois de la même manière que n’importe qui d’autre ? " Nous pensons savoir ce que nous voulons dire lorsque nous parlons de ce qu’est l’imagerie mentale ", m’a expliqué Nadine Dijkstra, qui étudie la perception à l’University College de Londres. " Mais quand on creuse vraiment, tout le monde ressent quelque chose de complètement différent. " En racontant cette histoire, j’ai réalisé à quel point le monde est une construction de notre esprit : mon monde, ton monde, celui de ton ennemi et celui de ton meilleur ami – ils sont tous très différents.