Parallèles entre exploration spatiale et exploration du cerveau

L’exploration spatiale et l’exploration du cerveau, deux domaines qui semblent très éloignés sur le papier, ont, en fait, beaucoup de points communs et peuvent chacun apprendre l’un de l’autre pour le futur. Alcimed, dont la vocation est d’explorer et de développer les terres inconnues, a eu le plaisir d’aborder ce sujet passionnant lors d’une conférence fin 2018.

Lors du 25^ème anniversaire d’Alcimed le 13 décembre 2018, Jean-Claude Muller (anciennement SVP au sein de la R&D de Sanofi et fondateur du pôle de compétitivité de Medicen Paris) et Sylvestre Maurice (astrophysicien à l’IRAP et coordonnant la partie française du programme ‘Curiosity’ lancé par la Nasa) ont répondu aux questions de Luc Berger (Responsable de la Business Unit Santé d’ALCIMED à Paris) et discuté des parallèles et divergences entre ces 2 mondes autour de 5 grands thèmes.

Perspectives historiques

Le ciel et la pensée sont parmi les terres inconnues les plus fascinantes et les plus angoissantes de l’humanité. Comme face à tout inconnu, ce sont d’abord les mythes qui ont peuplé historiquement ces imaginaires, faisant du ciel le domaine des dieux et de certaines maladies l’expression du diable avant que n’adviennent les prémices de la science.

L’exploration du ciel remonte à la nuit des temps. Ptolémée (II^ème siècle ap JC) est un des premiers « astronomes ». Il positionne la Terre au centre de tout, entourée par des cercles de planètes et de dieux ; une représentation qui ne sera révisée qu’au XVI^ème siècle seulement, par Nicolas Copernic qui placera le Soleil au centre de l’Univers. De nombreux astronomes – toujours à partir d’observations à l’œil nu – suivront, rejetant, adaptant et finalement adhérant au modèle héliocentrique. Galilée au début du XVIIème siècle révolutionne la discipline avec la première lunette astronomique et les bases de la physique expérimentale. La révolution technologique suivante viendra en 1957, avec le lancement de Spoutnik, le premier satellite artificiel.

Du côté du cerveau, la folie et l’épilepsie sont décrites dès l’antiquité. Pourtant, c’est seulement à la fin du XIX^ème, voire au début du XX^ème siècle, que des médecins observateurs, comme Charcot, Freud, Alzheimer, Golgi, Cajal, Dale et Loewi exploreront le cerveau et son lien avec le psychisme. Grâce à une première méthode de marquage au nitrate d’argent, les neurones et neurotransmetteurs sont identifiés. C’est aussi une période d’expérimentation : de nombreux chimistes testent le fonctionnement du cerveau avec des substances extraites de la nature, qui amèneront à l’âge d’or des neurosciences entre 1950 et 1975 avec la découverte des grandes classes thérapeutiques.

Dans ces deux domaines, c’est la synergie entre des personnalités éminentes, l’observation et les avancées technologiques qui marquent le début de la science. Contrairement à l’exploration du ciel, l’exploration du cerveau a souffert et souffre toujours dans une certaine mesure de la difficulté d’observation directe. Il faudra attendre de grandes avancées technologiques pour que ce système se rende observable et commence à livrer ses tout premiers secrets.

Outils, concepts et méthodes – appréhender la complexité

Les premières explorations dévoilent une complexité importante qui nécessite pour l’aborder des outils, méthodes et technologies plus sophistiqués et fiables. Le développement nécessairement progressif de ces outils, concepts et méthodes se fera en parallèle de nombreux échecs dans les deux disciplines.

A partir des années 80, et sous l’impulsion de nouvelles technologies, on découvre plus précisément le neurone et son organisation en réseaux via les synapses. Les neurosciences se focalisent alors exclusivement dans leurs interventions sur cet élément qu’elles peuvent observer. Ce dogme de sélectivité, qui était pourtant le graal de la médecine cardiovasculaire a mené et mène encore aujourd’hui à de nombreux échecs. Ce sont par la suite les nouvelles technologies d’imagerie d’IRMf et le PET Scan, puis l’ouverture d’esprit vers de nouveaux concepts (cellules gliales, etc.) qui déclencheront les nouvelles phases de progrès post 1980.

Dans l’exploration spatiale et l’accès à l’Espace, la physique des particules ou encore les simulations numériques jouent le rôle de catalyseurs technologiques et scientifiques pour faire avancer notre connaissance dans les années 60 et 70. Comme dans les neurosciences, l’imperfection des outils et concepts mènera à de multiples échecs comme tant de lancements spatiaux ratés (près de la moitié des missions martiennes ont été des échecs). Les neurosciences échouent, elles, dans leurs réalisations également mais aussi du fait de leurs hypothèses, ce qui explique à nouveau le retard de phase entre les deux domaines en termes de réussites.

Découvertes et ruptures

Les outils, méthodes et concepts se sophistiquant, les deux disciplines génèrent des découvertes fantastiques. Pour le spatial, la mesure de l’espace-temps permet de comprendre l’évolution de l’univers depuis le Big Bang, le concept de planétologie comparée nous permet de mieux connaitre les objets du Système Solaire dans leur ensemble, et en retour de progresser sur la connaissance d’un astre bien particulier, la Terre. En neurosciences, l’exploration de l’implication des cellules gliales joue un rôle majeur dans la compréhension nouvelle de certaines pathologies. On discute aujourd’hui de l’interaction entre le cerveau et le système immunitaire et le microbiote. De nouveaux outils d’imagerie et de simulation numériques permettent de naviguer dans le cerveau de la même manière que Google Earth permet d’explorer la Terre.

Initialement créées par les coups de génie d’individus, les ruptures dans ces deux domaines deviennent de plus en plus le fait de collaborations pluridisciplinaires entre des spécialités de plus en plus précises qui se sont façonnées pour répondre à la complexité.

Organisation structurelle de la discipline

En dépit d’avancées plus tardives dans les neurosciences, l’évolution de ces deux domaines suit un chemin comparable. Les différences se situent alors dans l’organisation structurelle de ces disciplines et dans les forces qui les gouvernent. En effet, les 6 grandes forces qui façonnent toute exploration (connaissance intellectuelle, économique, politique, stratégique, technologique et sociétale) s’exercent ici avec des poids différents.

Les avancées majeures de l’exploration spatiale sont la résultante des avancées technologiques mais aussi du portage politique et des enjeux stratégiques des Etats. On peut se demander si, sans Kennedy, les programmes américains auraient apporté la contribution qui a été la leur dans ce domaine. Comme revers de la médaille, l’absence de modèle économique pour la partie « conquête extraterrestre » rend ce domaine fortement dépendant du financement des Etats, quoi que laisse penser l’arrivée nouvelle d’acteurs privés. C’est in fine l’intérêt sociétal pour « l’homme spatial » qui rend acceptable ces dépenses importantes engagées dans un objectif premier de meilleure compréhension du monde.

Dans l’exploration du cerveau, on retrouve aussi ce facteur premier de la technologie qui permet les avancées par plus de miniaturisation, de simulation et de convergence entre science, médecine, informatique et focus patient. Grâce à des entreprises comme Akili par exemple, le jeu vidéo pourrait devenir une nouvelle forme de thérapie, remplaçant le médicament. Pour autant et à contrario du spatial, une force dominante reste la puissance économique ; en ce sens, les retraits de grands groupes pharmaceutiques de la recherche contre la maladie d’Alzheimer par exemple font beaucoup de dégâts dans un domaine qui dépend en grande partie des financements des entités privées, laissant ici aussi la place à de nouveaux acteurs plus philanthropiques, comme Michael J. Fox et Bill Gates.

Challenges ouverts

Les progrès de ces deux disciplines depuis les premières observations sont extraordinaires. Aujourd’hui, ces univers restent plus peuplés de questions que de réponses ; certaines sont étourdissantes : « Existe-t-il de la vie ailleurs ? », « Comment explique-t-on que l’homme ait une pensée ou développe une émotion ? », etc.

A date, seulement 4000 exo-planètes (des planètes en dehors du Système Solaire) ont été découvertes, c’est si peu quand on songe aux 200 milliards d’étoiles dans la Voie Lactée, une galaxie parmi plus de 100 milliards de galaxies dans l’Univers ! Pour autant, un des résultats les plus marquants de l’astronomie est que la planète Terre semble unique dans notre univers proche. C’est pour cette raison selon Sylvestre Maurice que l’enjeu majeur doit être par conséquent de protéger notre planète. L’homme spatial n’existera pas selon lui.

En revanche, du point de vue neuroscientifique « l’homme augmenté » est une vision qui se concrétise de plus en plus. La stimulation nerveuse au travers d’un casque audio est déjà utilisée dans le sport de compétition ou le champ militaire. Les futurs facteurs clés de succès en neurosciences sont, selon Jean-Claude Muller, l’orientation patient, l’importance des données individuelles et collectives, la médecine de prédiction et de précision, les études génétiques, l’attention portée à l’environnement écologique et culturel du patient et l’utilisation de  l’intelligence artificielle pour analyser ces données. Sortir du dogme de la sélectivité, inclure d’autres disciplines et mener des études épidémiologiques centrées sur l’individu sont d’ores et déjà les axes prometteurs pour de nouvelles ruptures en neurosciences.

L’évolution a fait notre système solaire en 13.7 milliard d’années, et l’homme moderne en 2.5 millions d’années. Par ces durées, c’est une complexité inouïe qui s’est accumulée et qui font du cerveau et de l’espace des terres moins inconnues aujourd’hui mais toujours porteuses d’exploration pour l’avenir.