Des stimulations électriques savamment dosées aident à mémoriser des apprentissages récents. Scientifiquement intéressants, ces résultats manquent un peu de consistance pour espérer une machine à apprendre.

Avant de se coucher, treize étudiants en médecine de l’université de Lübeck (Allemagne) se sont livrés à quelques exercices de mémorisation : apprendre des paires de mots et de dessins, taper par cœur une suite de caractères sur un clavier et réaliser un exercice consistant à dessiner en regardant sa main dans un miroir. Puis, on a installé sur leur crâne une kyrielle d’électrodes maintenues par un bandage. Et au dodo.

Durant le sommeil de ces cobayes volontaires, Lisa Marshall, Jan Born et leurs collègues ont surveillé les encéphalogrammes pour repérer les phases de sommeil profond, pendant lesquelles tous les signes vitaux sont au ralenti. Plus précisément, les scientifiques attendent les bouffées d’ondes lentes. Pourquoi ? Parce que l’on sait que réveiller quelqu’un à cet instant dégrade ses capacités de mémorisation d’événements récents.

Le sommeil cimente nos souvenirs

Si on perturbe la mémorisation en interrompant le sommeil durant ces émissions d’ondes lentes, c’est qu’il se passe quelque chose… A l’inverse, la mémoire ne s’en trouverait-elle pas améliorée si on stimulait ces ondes ? C’est ce qu’ont voulu vérifier les chercheurs allemands en envoyant sur leurs étudiants endormis des impulsions électriques, légères mais accordées sur les fréquences des ondes lentes (quelques hertz). Les étudiants ont dormi deux nuits avec leur appareillage sur le crâne mais n’ont reçu de stimulations que durant l’une des deux, sans savoir laquelle.


Durant son sommeil, cette étudiante recevra de légères stimulations électriques qui renforceront ses ondes lentes naturellement émises par son cerveau, témoignant d’un travail encore mystérieux de l’activité cérébrale sur les souvenirs récents. Crédit : Lisa Marshall
Résultat : positif ! Les personnes stimulées durant la nuit présentent une amélioration «modeste mais significative » de leur capacité de mémorisation. Mais l’effet n’est obtenu que pour deux tests : ceux consistant à se souvenir de mots et de dessins. Pour les suites de caractères tapés au clavier et pour l’apprentissage d’un exercice de dessin, aucune amélioration n’est notée.

On est donc encore loin du stimulateur cérébral que l’on branchera sur sa tête la veille d’un examen mais cette expérience éclaire un peu mieux la manière dont notre cerveau travaille la nuit pour affermir la mémorisation de certains types de connaissances durant certaines phases de sommeil. Application pratique : avant un examen, dormez bien et laissez faire la nature !

Selon des recherches publiées dans le magazine Nature, nos mains et nos bras ont acquis leur asymétrie en copiant les gènes architectes qui commandent la structure du tronc principal de notre corps.

Au cours du développement d'un embryon, un groupe de gènes connus sous le nom de gènes « HOX » contrôlent l'architecture de l'organisme en devenir. Ces gènes HOX sont agencés le long de la molécule d'ADN dans le même ordre que les structures qu'ils codent. Dans l'embryon en croissance, ils sont activés séquentiellement le long de l'axe antérieur-postérieur du corps, qui s'étend de la tête aux pieds, de façon à ce que l'ensemble de nos organes et de nos os se forment au bon endroit.

Cette étude récente, qui a été financée en partie au titre du sixième programme-cadre (6e PC) de l'UE, démontre que nos membres ont efficacement reproduit ce système architectural pour donner lieu à l'asymétrie de nos bras et de nos mains. Les chercheurs ont découvert que, dans les bourgeons de membres d'un embryon, les gènes HOX sont mis en activité de façon séquentielle le long de l'axe antérieur-postérieur, à savoir du pouce à l'auriculaire. Il en résulte une concentration d'activité dans la partie postérieure (auriculaire) du bourgeon, qui entraîne à son tour la production de « Sonic Hedgehog », une protéine qui régule le développement des organes et des membres, dans la région postérieure du bourgeon de membre.

C'est cette production de Sonic Hedgehog qui confère à nos membres leur asymétrie caractéristique et qui explique pourquoi nous possédons un pouce opposable et quatre autres doigts de tailles différentes. Les chercheurs ont examiné des souris porteuses de gènes HOX mutants, qui les amenaient à produire le Sonic Hedgehog à la fois dans les parties antérieure et postérieure des membres. Leurs avant-bras et leurs pattes avant étaient parfaitement symétriques, avec deux petits doigts de chaque côté au lieu d'un pouce d'un côté et d'un petit doigt de l'autre. L'absence de gènes HOX contrôlant le développement des avant-bras a abouti à la naissance de souris présentant seulement un moignon osseux en dessous du coude.

Les scientifiques soulignent que le processus de formation des membres est extrêmement similaire au développement du schéma de base de l'organisme, qui repose également sur cette activation séquentielle de gènes HOX le long d'un axe. Ils pensent que l'adoption du système HOX dans les membres en croissance a procuré aux tétrapodes un moyen efficace de se doter d'appendices hautement adaptés.

Intégré dans les chromosomes humains et inactif depuis des lustres, un rétrovirus a été réactivé. But du jeu : mieux comprendre comment fonctionnent ces virus dormants, dont on ignore beaucoup, sauf qu'ils provoquent parfois des tumeurs.

Il sommeille en nous comme il sommeillait déjà chez nos ancêtres. Il faut peut-être remonter plusieurs millions d’années en arrière pour approcher le moment où, quelque part, ce rétrovirus s’est intégré à l’ADN d’un primate. Il vient de se réveiller à l’Institut Gustave Roussy, à Villejuif, près de Paris, dans le laboratoire de Thierry Heidmann. Il ne s’agit pas de redonner vie à un monstre préhistorique mais de mieux comprendre cet extraordinaire phénomène qui permet l’incorporation des gènes d’un virus dans le génome d’un organisme supérieur. Il intervient sans doute dans l’évolution des espèces mais aussi dans le déclenchement de tumeurs.

Des étrangers dans nos chromosomes

On connaît depuis longtemps les rétrovirus, dont l’information génétique est portée par de l’ARN. Transformés en ADN dans la cellule infectée, les gènes viraux se glissent dans le génome de l’organisme et peuvent déclencher tout de suite leur reproduction, comme n’importe quel virus. Ils sont alors infectieux. Mais certains ont un autre destin : ils s’installent et se transmettent à la génération suivante. Ces véritables virus dormants peuvent se réveiller spontanément, bien plus tard, sans que l’on sache encore pourquoi. D’autres, enfin, restent définitivement dans le génome de leur hôte.

Après des centaines de millions d’années d’évolution et d’infections, le génome des animaux et des végétaux contiennent tous de tels rétrovirus endogènes. On les reconnaît à un petit bout de code génétique (appelé Long Terminal Repeat), qui les fait beaucoup ressembler aux rétrovirus infectieux. Le plus souvent, ces rétrovirus endogènes sont inoffensifs, complètement dénaturés par des siècles ou des millénaires de mutations diverses, ou encore, peut-être, contrés par la génétique cellulaire qui a appris à vivre avec.

Voir un rétrovirus à l’œuvre

Pour mieux comprendre le mécanisme d’intégration de ces rétrovirus et quel rôle ils peuvent jouer, l’équipe de Thierry Heidmann a choisi d’observer le phénomène en grandeur nature, en réactivant l’un de ces fossiles génétiques enfouis chez l’être humain. Pour y parvenir, ils devaient retrouver son code génétique, celui du virus qui a contaminé un jour l’un de nos ancêtres. Pas facile alors que les gènes en question ont été défigurés au fil des générations. Pas facile mais possible car ces gènes de rétrovirus ont toujours la propriété se répliquer, à la manière du copier-coller sur un ordinateur personnel. L’ADN de leurs gènes se transforment en ARN, lequel se retranscrit en ADN qui se réintègre ailleurs dans le génome, au hasard. Les chromosomes humains, par exemple, comprennent de nombreux exemplaires des mêmes rétrovirus, différemment affectés par les mutations successives.

En retrouvant ces copies altérées, l’équipe a pu reconstituer la séquence initiale, comme on pourrait retrouver le texte d’un livre en comparant de nombreux exemplaires abîmés en des endroits différents.


Le virus Phoenix, saisi par le microscope électronique après avoir infecté une cellule humaine. En bas à droite, un virus, en noir, s’apprête à sortir. Crédit : Dewannieux et al., Genome Research
Peut-on dire qu’un rétrovirus est ressuscité puisqu’un virus ne vit pas vraiment ? En tout cas, ce fossile reconstitué venu du fond des âges, et bien sûr surnommé Phoenix, est bel et bien fonctionnel : il s’est montré capable d’infecter différents types de cellules humaines. Cependant, son pouvoir infectieux est bien faible, comme si les cellules humaines savaient depuis longtemps comment se débarrasser de cet intrus qu’elles connaissent si bien. Quel que soit son pouvoir infectieux, ce rétrovirus réveillé ne peut pas faire grand mal car une modification de ses gènes, effectuée par l’équipe, l’empêche de se reproduire plus d’une fois. S’agissant de réactiver un virus qui fut dangereux pour nos ancêtres, la précaution n’est pas inutile.

Les généticiens ont maintenant quelques pièces de plus pour comprendre un peu mieux le puzzle de notre équipement génétique, dont l’image s’est singulièrement compliquée ces dernières années. Les rétrovirus endogènes ne sont en effet qu’un exemple d’éléments mobiles dans nos gènes. Comme l'avait compris Barbara McClintock il y a plus de cinquante ans, nos chromosomes, à coup de copier-coller et de couper-coller, brouillent les cartes…