10 avancées sci-fi hallucinantes dans la science du cerveau

La plupart des gens ne pensent pas quotidiennement aux neurosciences. Les travaux des neuroscientifiques sont généralement des recherches obscures et fastidieuses qui améliorent progressivement notre compréhension du cerveau et de notre système nerveux.

Pourtant, leurs expériences aboutissent parfois à des découvertes qui, autrement, n'apparaissent que dans des romans de science-fiction. Voici quelques-unes des plus surprenantes.

10Créer des mémoires artificielles

Est-il possible de créer artificiellement une mémoire entièrement fausse qui est pratiquement impossible à distinguer d'une mémoire réelle? Oui, c'est-si vous êtes l'un des chercheurs de l'UC Irvine.

Dans une étude sur les rats, ces chercheurs ont réussi à introduire de nouveaux souvenirs ciblés dans le cerveau des rongeurs. Ils ont joué un ton spécifique auquel ils souhaitaient que les rats répondent, tout en libérant simultanément de l'acétylcholine, une substance chimique responsable de la formation de nouveaux souvenirs.

Le résultat? Les rats ont développé la réponse attendue à ce ton particulier, lorsqu'ils ont été testés le lendemain de l'expérience. Ces nouveaux souvenirs avaient «les mêmes caractéristiques» que leurs équivalents naturels. De plus, les mémoires artificielles ont été conservées à long terme, ce qui prouve qu'il est possible de façonner de manière permanente des mémoires dans des conditions de laboratoire.

Les chercheurs espèrent que ces résultats permettront d’aider les personnes souffrant de troubles de la mémoire et d’apprentissage, éventuellement en introduisant de nouveaux souvenirs en utilisant des techniques accélérées similaires. Nous sommes probablement encore loin d’un avenir où nous acquérons de nouvelles connaissances à la demande, comme les protagonistes de La matrice-mais on peut toujours rêver.

Oh, et en parlant de rêves…

9Manipulation des rêves

Si nous connaissons une chose à propos des rêves, c'est qu'ils sont uniques pour chaque individu. Ils sont le produit de vos expériences récentes, de vos émotions et de vos pensées. Vous ne pouvez pas simplement faire rêver quelqu'un comme vous voulez.

Ou peut vous?

Les scientifiques du MIT ont réussi à faire exactement cela. Ils ont commencé par entraîner des rats à exécuter un labyrinthe. Les rats ont reçu deux signaux audio distincts pour les aider à naviguer dans le labyrinthe et à trouver des friandises. Un ton dirait aux rats que le festin était à leur gauche; L'autre ton leur dit de tourner à droite. Les rats adorent les friandises. Ils ont donc très vite compris la signification des deux sons différents et y ont réagi en conséquence lors de la navigation dans le labyrinthe. Les chercheurs ont ensuite enregistré les changements spécifiques dans les ondes cérébrales des rats lorsqu'ils réagissaient aux deux sons différents.

Enfin, il était temps de déconner avec les rêves des rats. Lorsque les rats se sont endormis, leur activité cérébrale a été contrôlée pour établir qu'ils rêvaient de courir dans le labyrinthe. À ce stade, les chercheurs ont tenté d’influencer les rêves en jouant les deux sonorités différentes.

Curieusement, les scanners cérébraux ont montré que les rats, tout en rêvant, répondaient aux signaux audio de la même manière que lorsqu'ils étaient éveillés. Cette expérience prouve que les rêves peuvent être directement formés par des déclencheurs externes. Les chercheurs ont même émis l'hypothèse qu'un jour, il serait possible aux gens de personnaliser leurs rêves grâce à une telle «ingénierie des rêves».

8Enregistrement des rêves

Et si vous vouliez enregistrer vos rêves pour pouvoir les regarder plus tard, comme un film? En fin de compte, cela pourrait très bien être possible. Une étude réalisée par des chercheurs de Kyoto, au Japon, a montré que les analyses du cerveau pouvaient être utilisées pour créer une représentation des rêves des personnes, en temps réel.

Lors de la première étape de leur étude, des personnes dormaient à l'intérieur d'un scanner IRM tandis que leur activité cérébrale était enregistrée. Ils ont ensuite été réveillés et interrogés sur ce qu'ils avaient vu en rêvant. Cela a été fait environ 200 fois pour chacun des trois participants à l'étude.

Au cours de la seconde étape, les chercheurs ont isolé les 20 objets les plus fréquemment vus et trouvé des photos les représentant. Ils ont montré ces objets aux participants, tout en mesurant les réponses de leurs cerveaux pour établir une corrélation. Les chercheurs ont ensuite introduit les photos et les analyses IRM correspondantes dans un algorithme d'apprentissage.

Finalement, les trois participants ont été invités à dormir à nouveau dans l'IRM. Pendant ce temps, l'algorithme intelligent générait des chaînes d'images, basées sur l'activité cérébrale des dormeurs. Les sujets ont ensuite été réveillés et interrogés sur leurs rêves. En fin de compte, l'algorithme a été en mesure de réaliser les rêves avec une précision d'environ 60%.

Bien que loin d’être parfait, il s’agit d’un premier pas vers l’enregistrement de rêves. Nous savons déjà qu'il est possible de créer des films bruts, mais étonnamment avancés, qui représentent l'activité de notre cerveau. À la lumière de cette étude japonaise sur les rêves, il ne sera peut-être qu’une question de temps avant que nous puissions faire de même avec nos rêves.

7 greffes de cellules cérébrales

Les greffes de cerveau peuvent-elles être utilisées pour améliorer la fonction cérébrale? Pour répondre à cette question, des scientifiques du centre médical de l'Université de Rochester ont créé des souris chimériques humaines. Cela semble inquiétant, mais cela signifiait simplement que ces souris recevaient des astrocytes humains, un type particulier de cellules cérébrales. 100 000 de ces astrocytes ont été injectés aux souris alors qu'elles se développaient encore.

Fait remarquable, au moment où les souris ont atteint l'âge de six mois, ces cellules humaines ont pratiquement totalement remplacé les cellules cérébrales équivalentes. Les chercheurs ont ensuite soumis les souris à de nombreux tests, conçus pour évaluer leur mémoire et leurs capacités d'apprentissage. Ces souris «intelligentes» ont fini par obtenir des résultats nettement meilleurs sur un large éventail de tests que le groupe témoin, et ont généralement démontré qu'elles étaient plus rapides à apprendre.

Le neuroscientifique Bruce Ransom a reconnu l’importance de cette recherche en déclarant: «C’est un résultat renversant.C'est la première preuve sans équivoque que les astrocytes pourraient bien avoir été l'un des moteurs de l'évolution des capacités humaines. »Curieusement, cette citation est étrangement dépourvue de tout commentaire sur les dangers de la reproduction de rongeurs hyper intelligents.

6Améliorer la vigilance

Nous avons tous vécu des situations nécessitant des examens finaux de longue haleine, des réflexions finales, la production de déclarations de revenus, et le Seigneur des Anneaux des marathons. Nous pouvons tous témoigner de notre fatigue et de notre perte d'attention. Et s'il y avait un moyen de nous rendre plus alerte lors de ce type d'activités?

Il en existe et il suffit de zapper votre cerveau avec un courant électrique contrôlé. Une étude a soumis les participants à un certain nombre de tests de vigilance. Certains participants ont reçu une stimulation cérébrale non invasive, sous forme de «stimulation préfrontale par courant continu transcrânien» (tDCS). D'autres ont reçu un traitement simulé. En fin de compte, les personnes recevant le TDCS étaient plus concentrées et maintenaient leur niveau de vigilance sur de plus longues périodes.

L'étude prouve que la stimulation ciblée peut être efficacement appliquée pour mieux utiliser les ressources souvent inexploitées du cerveau. les gens peuvent être rendus plus vigilants. Les chercheurs suggèrent que cette méthode est appropriée pour compenser la baisse de performance des travailleurs nécessitant de longues périodes d'attention soutenue.

5Mieux nous faire des menteurs

Tous les TDCS ne sont pas utilisés pour de bon. Certaines applications de la stimulation cérébrale non invasive peuvent être orientées vers une quête moins éthique: nous aider à mentir de manière plus convaincante.

Une étude a demandé à 44 volontaires de jouer le rôle de voleurs. Les participants devaient faire semblant de voler de l'argent et ont ensuite été interrogés sur leurs méfaits. Cet interrogatoire a été mené via le «test de connaissance de culpabilité», une variante du test polygraphique.

En utilisant le tDCS pour inhiber la fonction du cortex préfrontal antérieur, la partie du cerveau responsable de la tromperie, les scientifiques ont pu déclencher des améliorations remarquables de la capacité de mentir des sujets. Les personnes recevant une stimulation cérébrale étaient plus rapides à mentir, mais pas plus rapidement quand elles répondaient avec vérité. Peut-être plus intéressant encore, il a été démontré que ces participants se sentaient moins coupables de mentir que le groupe témoin.

Cela indique qu'il est possible d'améliorer la capacité de quelqu'un à mentir à volonté, si cela s'avérait nécessaire. Pensez aux nombreux professionnels qui pourraient bénéficier de ce type de capacité améliorée de mentir: espions, policiers infiltrés, prisonniers faits prisonniers et hommes politiques en campagne.

4Brain-Boosting Music

Il est bien connu que la musique a un effet mesurable sur notre humeur et notre perception du monde. Vous pouvez probablement vous rappeler facilement une époque où une chanson particulièrement triste vous a rendu mélancolique ou, au contraire, une chanson entraînante qui vous donnait envie de sourire et de danser.

Il s'avère que ce ne sont pas seulement nos émotions qui peuvent bénéficier d'une dose de bonne musique. Nos capacités cognitives peuvent également être affectées par l'écoute de partitions particulières. Des recherches effectuées par l'Université de Northumbria au Royaume-Uni ont conduit des personnes à effectuer un test mesurant la concentration mentale. Les participants devaient rechercher un carré vert sur un écran d'ordinateur et appuyer sur la touche espace tout en ignorant les autres couleurs et formes.

Certains participants l'ont fait en silence; d'autres ont écouté différents mouvements de Vivaldi Les quatre saisons concerti. Le concerto «Printemps», plus optimiste, a donné le meilleur temps de réponse moyen de 393,8 millisecondes; le lent «automne» augmentait le temps de réaction des gens à 413,3 millisecondes, comparé aux 408,1 millisecondes pour ceux qui n'écoutaient aucune musique.

Une autre étude a montré que la musique peut aider les gens à se rappeler des souvenirs autobiographiques à la suite d'une «lésion cérébrale acquise». Il semble donc qu'une musique soigneusement choisie peut jouer un rôle essentiel dans l'amélioration de leurs capacités cognitives, de leur attention et de leur mémoire.

Cerveau prothétique

À ce jour, la science a suffisamment progressé pour trouver le moyen de remplacer la plupart des parties de notre corps. Nous avons des bras prothétiques, des jambes prothétiques et semblons être sur le point de faire fonctionner des yeux prothétiques. Cependant, le cerveau est beaucoup plus complexe qu'un membre. Faire une prothèse cérébrale est loin d'être une tâche simple, et nous sommes encore loin de réaliser des remplacements cérébraux pleinement fonctionnels. Néanmoins, nous faisons des progrès considérables sur ce front, avec une prétendue «prothèse neurale» dont il a été prouvé qu'elle restaurait la fonction cérébrale après un traumatisme crânien à la tête.

Dans une étude de validation de principe, les scientifiques ont coupé la communication entre les zones du cerveau du rat, simulant une lésion cérébrale traumatique. Les 16 rats de l'étude ont perdu presque toutes leurs fonctions dans leurs membres antérieurs. Certains ont été laissés non traités; d'autres ont reçu un dispositif stimulant de manière aléatoire différentes zones du cerveau. Un troisième groupe de rats a été équipé de la prothèse neurale, ce qui a créé un pont entre les deux zones déconnectées du cerveau.

Les résultats étaient convaincants. Au bout de deux semaines, le groupe de prothèses neurales avait retrouvé ses fonctions cérébrales à un point tel que «leurs mouvements étaient indiscernables de leur comportement avant leur lésion cérébrale». L’interface implantée cerveau-machine-cerveau a fondamentalement permis aux deux zones déconnectées du cerveau communiquer les uns avec les autres une fois de plus. Les chercheurs espèrent que cette étude mènera à la création d'une prothèse similaire pour traiter les lésions cérébrales et les traumatismes cérébraux chez l'homme. Ensemble, ces types de blessures, rien qu'aux États-Unis, touchent près de trois millions de personnes.

2Hacking Brains Pour accéder à des données sensibles

Tout le monde sait que nos appareils numériques sont sujets aux attaques de pirates informatiques.Les personnes férues de technologie peuvent accéder à vos informations de carte de crédit et à vos codes PIN avec une relative facilité, en particulier si la plupart de vos mots de passe sont littéralement «mot de passe». Le meilleur moyen de garder vos données confidentielles confidentielles est de les stocker en toute sécurité dans la forteresse inaccessible qu'est votre cerveau. . De cette façon, personne ne pourrait éventuellement avoir accès à l'information, non?

Pas assez. Lors de la conférence USENIX sur la sécurité 2012, les chercheurs ont montré qu'il était plus facile d'extraire des informations à l'aide de simples appareils prêts à l'emploi. Pour leur démonstration, ils ont utilisé une interface cerveau-ordinateur (BCI) relativement peu coûteuse et facilement disponible, ainsi que leur propre programme de lecture de l'esprit. Les participants ont été analysés sans avoir été explicitement informés que leur cerveau serait «piraté» au cours du processus.

En lisant les signaux électroencéphalographiques (EEG) produits par le cerveau des sujets, les chercheurs ont été en mesure de prouver que l'accès aux informations confidentielles - codes PIN, données de cartes de crédit, etc. - pouvait être considérablement facilité par des dispositifs BCI grand public. Bien que ces informations ne soient pas totalement transparentes, «l’entropie des informations confidentielles est réduite en moyenne d’environ 15 à 40% par rapport aux attaques par supposition aléatoires», lors de l’utilisation de BCI.

1Contrôle de l'esprit

Aussi curieux que les études ci-dessus le soient, aucune d’entre elles n’est aussi proche du domaine de la science-fiction que du contrôle de l’esprit - l’un des «what ifs» les plus explorés de nombreux films et livres. Bien que le véritable contrôle mental ne soit pas exactement à l'horizon, quelques études récentes ont donné des résultats assez extraordinaires.

Dans une étude de la Harvard Medical School, les humains ont été en mesure de contrôler directement les mouvements de la queue d'un rat en se servant uniquement de leurs pensées. Les sujets humains ont été équipés d'un dispositif BCI qui convertissait leurs pensées en commandes informatiques. Les rats, à leur tour, ont été équipés d'une interface ordinateur-cerveau utilisant des ultrasons focalisés pour stimuler leur cerveau.

En conséquence, une connexion cerveau à cerveau s'est établie entre les humains et les rats, permettant aux humains de contrôler à distance les queues des rats à volonté. L'étude a eu un taux de réussite étonnant de 94%, chez six humains et six rats différents. Notamment, la connexion établie de cerveau à cerveau était entièrement non invasive et ne nécessitait aucune intervention chirurgicale complexe.

Si vous pensez que c'est impressionnant, attendez que nous vous parlions d'une étude récente menée à l'Université de Washington. Cette étude a utilisé une communication cerveau-cerveau similaire, avec une différence notable: les deux sujets étaient des êtres humains.

Deux chercheurs étaient situés dans différentes parties du campus de l'université. L'un portait un bonnet qui convertissait ses pensées en signaux électriques, tandis que son collègue en portait un qui permettait à son cerveau de recevoir des signaux magnétiques. Le premier chercheur a dû jouer à un jeu d'ordinateur qui lui faisait tirer un canon sur différentes cibles. La prise? Il devait le faire sans utiliser ses mains. Au lieu de cela, il devait imaginer de tirer le canon dans sa tête, obligeant ainsi son collègue à appuyer sur les touches au bon moment.

L'étude a été un succès. Bien que les chercheurs s'empressent de souligner que cette expérience est assez basique dans sa configuration, ils estiment qu'il s'agit d'un premier pas prudent vers des applications plus élaborées. Certaines années, nous verrons de nombreuses utilisations sociales de ce contrôle mental direct. Celles-ci peuvent inclure tout, de permettre aux personnes handicapées de mieux communiquer, d'aider à distance une personne à faire atterrir un avion.

Pour l'instant, c'est de la spéculation. Pourtant une chose est certains: la neuroscience est un domaine de recherche de plus en plus passionnant qui nous réserve des développements plus futuristes.