Le projet Human Brain : dénouer les mystères du cerveau humain

Le fonctionnement interne de l’esprit humain reste dans une large mesure une chose mystérieuse. Une équipe de pointe dirigée par le professeur Henry Markram promet cependant d’amener la recherche neuroscientifique à un tout autre niveau. Son projet Human Brain (HBP) a en effet pour ambition de créer une simulation informatique du cerveau humain afin de mieux comprendre ses rouages ainsi que les maladies qui les affectent, et de mettre au point de nouvelles techniques informatiques capables de reproduire la faculté d’apprentissage du cerveau. Cet audacieux projet s’est vu attribuer dernièrement un financement sans précédent de 1,2 milliard d’euros de l’Union européenne en tant qu’initiative phare dans le cadre du programme sur les technologies futures et émergentes (FET). Ses travaux de décryptage des mystères du cerveau et la manière dont ils sont menés promettent d’influencer grandement l’avenir des neurosciences, de la médecine et de l’informatique.

Changer de stratégie – et pourquoi il est nécessaire de le faire

Si l’on a réussi à séquencer le génome humain, on s’aperçoit que l’établissement d’une carte des mécanismes qui commandent l’enchevêtrement des circuits du cerveau et de son million de milliards ou plus de connexions, est une entreprise beaucoup plus complexe et difficile. Le professeur Markram estime qu’il faut élaborer une nouvelle stratégie, car autrement tous les efforts des scientifiques du monde entier ne produiront que peu de résultats utiles. “Parfois, il faut savoir reconnaître qu’on se heurte à un mur, qu’on n’avance plus. Dans le domaine des sciences, nous allons droit devant nous, sans vraiment regarder où cela nous mène. Personnellement, je ne crois pas que nous réussissions à comprendre le cerveau de cette manière. Nous devons changer de stratégie; nous devons regarder ce que nous faisons correctement et ce que nous faisons mal.”

Les maladies du cerveau occupent le troisième rang (après les maladies respiratoires et diarrhéiques) des pathologies contribuant au fardeau global des maladies, mettant en péril la qualité de vie de millions de personnes et grevant les budgets de soins de santé aux quatre coins de la planète. “Ces maladies coûtent près de 10% du PIB mondial”, souligne le professeur Markram.

Chaque année, des milliers d’études relatives à la recherche sur le cerveau sont publiés dans des revues à comité de lecture – environ 100 000 en 2012, à un coût d’environ sept milliards d’euros –, et pourtant les grandes découvertes dans le domaine des maladies neurologiques restent rares. “La production de données concernant le cerveau est en pleine explosion, et pourtant, notre efficacité en matière de production de médicaments pour le cerveau est en baisse”, explique le professeur Markram, en précisant qu’en 2012, seulement cinq nouveaux médicaments ont fait leur apparition, et qu’ils sont destinés majoritairement au traitement de troubles périphériques. “Si nous voulons comprendre le cerveau, comprendre les maladies et élaborer de nouvelles techniques informatiques, nous devons absolument nous doter de stratégies complètement nouvelles”, ajoute-t-il.

Vers une unification des connaissances sur le cerveau

Le projet HBP a pour but de réunir le plus possible de données issues de la recherche sur le cerveau, afin d’établir un portrait unifié de l’état de cette recherche et de réussir à reconstituer les mécanismes du cerveau. “Nous n’avons actuellement qu’une connaissance fragmentaire de cet organe, et nous avons besoin d’élaborer des techniques nouvelles pour apprendre comment tous ces éléments s’assemblent les uns aux autres pour former un tout”, explique le professeur Markram. “Si nous voulons apprendre comment s’articule la machinerie du cerveau, des gènes aux protéines, aux cellules, aux synapses et aux circuits, nous devons en comprendre tous les éléments ainsi que leurs interactions et la manière dont celles-ci produisent nos capacités cognitives. Un tel modèle nous permettra d’avoir une vue d’ensemble du cerveau à tous les niveaux et, à terme, de savoir comment le cerveau construit notre perception, comment il construit notre monde. C’est une étape indispensable si nous voulons avoir ne fût-ce qu’un début de compréhension plus systématique de la maladie et si nous voulons pouvoir élaborer de nouvelles techniques en nous fondant sur le mode de fonctionnement du cerveau.”

Des avantages sociaux et économiques

Grâce à son approche intégrée, le projet HBP promet non seulement de faire progresser la recherche plus rapidement en mettant en évidence les lacunes de connaissances, mais aussi d’amener d’énormes avantages sociaux et économiques. “Les possibilités sont illimitées”, déclare le professeur Markram, avant d’en énumérer une longue liste dans laquelle les nouveaux médicaments et outils de diagnostic côtoient les nouveaux ordinateurs. “Appréhender le fonctionnement du cerveau offrira des avantages économiques énormes, mais il y aura en même temps des avantages énormes pour la société.”

Mieux diagnostiquer les maladies du cerveau

Il est certain que le projet produira des connaissances permettant de mieux diagnostiquer et traiter les maladies du cerveau, qui sont environ au nombre de 600. À l’heure actuelle, il est notoirement difficile d’élaborer des médicaments pour le traitement de ces maladies et de les diagnostiquer, comme l’indiquent les taux d’erreur qui se situent entre 30 et 40%. “Nous avons besoin d’inventorier ces maladies et de comprendre les liens qui les rattachent les unes aux autres. Nous ne promettons pas de trouver des solutions à ces maladies, mais ce que nous promettons, c’est une plate-forme technologique et une nouvelle façon d’aborder leur étude” explique Henry Markram. Il pense que la démarche adoptée par le projet HBP favorisera un regain d’intérêt pour ce domaine de la part de l’industrie pharmaceutique. “À notre avis, nous pouvons démontrer que cette nouvelle approche contribuera puissamment à la découverte de moyens nouveaux et moins coûteux de dépistage et de recherche de traitements.”

L’avenir de l’informatique

““Le cerveau utilise 20 watts de puissance – une banane par jour. Il fonctionne mieux, et de loin, qu’un superordinateur qui consomme des centaines de mégawatts. Il représente l’avenir de l’informatique” estime le professeur Markram. Les technologies de l’information dont nous avons besoin pour simuler la machinerie du cerveau devront être infiniment plus puissantes que celles dont nous disposons actuellement.

“Il nous faut construire des ordinateurs fonctionnant de la même manière que le cerveau humain. Pour cela, nous élaborons des principes basés sur la manière dont le cerveau fait les choses, puis nous les transformons en équations mathématiques que nous imprimons sur des puces de silicone ayant des capacités extraordinaires”, explique-t-il. “Nous devons créer des logiciels nouveaux, pouvant fonctionner sur des superordinateurs; nous devons stimuler le développement de nouveaux superordinateurs au cours de la prochaine décennie. Nous avons besoin d’un chantier dans lequel nous pourrons créer de nouveaux ordinateurs de manière systématique, sur la base de certaines fonctions cognitives : il s’agit là d’une direction très différente de celle qui a été suivie jusqu’à présent dans le domaine de l’intelligence artificielle”, précise le professeur Markram. Ces ordinateurs dits neuromorphiques, qui reproduisent la capacité d’apprentissage du cerveau, auront un pouvoir de calcul grandement accru et pourraient même permettre “le développement de puces capables de combler certains déficits cognitifs”, explique-t-il.

Changer les façons de penser

Le projet HBP, qui réunit des équipes de plus de 80 institutions de recherche d’Europe et d’ailleurs, suscite également une véritable révolution au sein de la communauté de la recherche en préférant au modèle de l’innovation individuelle en laboratoire une approche fondée sur la collaboration d’équipes pluridisciplinaires. “C’est dans le travail scientifique en équipe que réside l’espoir de comprendre un jour le cerveau”, observe le professeur Markram. “C’est essentiel, car cela signifie que des chercheurs de toutes les disciplines scientifiques conjuguent leurs efforts en vue d’atteindre un but commun.”

Naissance d’une plate-forme technologique

Le projet HBP est en fait une plate-forme technologique destinée à favoriser la recherche et le développement, qui mobilise “un processus de partage collaboratif colossal” et dont le but est de permettre aux scientifiques comme à l’industrie d’“innover, de construire et d’exploiter de nouveaux outils”. “L’important, ce ne sera pas nous en tant qu’innovateurs; ce sera nous en tant que créateurs d’une plate-forme ouverte. Cela signifie que n’importe qui dans le monde pourra, en principe, venir innover sur cette plate-forme.”

“L’une des mesures de notre réussite sera notre apport à la capacité des industries à élaborer de nouveaux outils pour aider les compagnies pharmaceutiques à formuler plus rapidement des médicaments moins onéreux, plus ciblés et plus fiables et les cliniciens à établir des diagnostics plus précis de l’état de leurs patients”, explique le professeur Markram.

Un rôle pour la propriété intellectuelle?

“Les diagnostics médicaux, les nouveaux médicaments, les nouveaux types d’ordinateurs seront autant d’objets de propriété intellectuelle”, prévoit le professeur Markram. “La propriété intellectuelle est très importante, parce que si vous n’avez rien d’autre que des idées et que personne ne possède les droits qui s’y rattachent, vous aurez beaucoup de mal à obtenir des investissements ou de l’aide pour un produit, quel que soit son potentiel commercial. Si vous ne déposez pas de brevet et si vous n’avez pas d’enregistrement, vous n’aurez aucun moyen de faire en sorte que le monde bénéficie de votre idée. C’est pourquoi nous devons impérativement avoir un solide agenda en matière de propriété intellectuelle.”

Breveter ou ne pas breveter?

Il ne faut pas oublier, malgré ce qui vient d’être dit, que le projet stimule également la recherche scientifique fondamentale, de sorte que la décision de breveter ou de ne pas breveter revêt une grande importance. “Lorsque nous avons une technologie habilitante, sur la base de laquelle d’autres pourront construire pour développer un grand nombre de nouvelles techniques, nous privilégions le modèle de source ouverte. En revanche, si nous ne prévoyons pas que cela se traduira par une large diffusion de la technologie en question, il devient très important de breveter cette dernière”, explique le professeur Markram. “Nous ne devons jamais cesser de nous améliorer en ce qui concerne cette prise de décision”, ajoute-t-il en soulignant la nécessité de sensibiliser la communauté scientifique à la propriété intellectuelle.

Une plus grande uniformisation des systèmes de propriété intellectuelle

Eu égard au caractère collaboratif du projet HBP, le professeur Markram rappelle la complexité qui règne actuellement sur le système international de la propriété intellectuelle ainsi que la longueur et le coût de son utilisation, pour souligner la nécessité d’une plus grande uniformisation des législations de propriété intellectuelle. “Le problème qui va se poser, c’est que les cas de cotitularité de droits de propriété intellectuelle dans différents systèmes vont se multiplier, dans la mesure où le projet met l’accent sur un mode d’innovation en équipe, à laquelle participent des chercheurs et des innovateurs d’un grand nombre de pays”, explique-t-il. “Il va devenir de plus en plus important que les pays se mettent d’accord sur les règles à suivre en matière d’acquisition et de protection de droits de propriété intellectuelle. Une uniformisation de la manière d’aborder la propriété intellectuelle est absolument essentielle”, précise-t-il.

Grâce aux réalisations extraordinaires de ces visionnaires ainsi qu’aux immenses possibilités liées à leur travail novateur, de très grands espoirs s’ouvrent pour des millions de personnes tout autour du monde. “Il n’y a que l’innovation qui puisse nous permettre de changer et de nous attaquer aux problèmes, aux difficultés et aux carences que nous percevons” a fait observer M. Francis Gurry, Directeur général de l’OMPI, lors de la clôture du Forum de l’OMPI. “De nos jours, le processus d’innovation est une chose extrêmement complexe”, a-t-il ajouté, en soulignant que la communauté de la propriété intellectuelle devait veiller à ce que “le système de la propriété intellectuelle, qui est conçu pour encourager l’innovation, soit à même de s’ajuster à la forme sociale de cette dernière, qui correspond à la réalité d’aujourd’hui”.