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Neurosciences

Des chercheurs de l'Université deTel-Aviv dévoilent pourquoi nous pensons que "tous les Chinois (et tous les bébés) se ressemblent"

Une équipe de chercheurs sous la direction du Prof. Galit Yovel, de l'Ecole de psychologie et de l'Ecole des neurosciences de l'Université de Tel-Aviv a mis au point une méthode d'entrainement pour identifier les visages, basée sur l'étude des processus qui se produisent dans le cerveau lorsque nous apercevons un faciès. Il s'avère que si nous avons du mal à distinguer entre des visages asiatiques, c'est tout simplement parce que notre cerveau n'a pas l'habitude de le faire.

Chinois"La reconnaissance faciale est une fonction de base du cerveau humain", explique le Prof. Galit Yovel, "Nous identifions des visages familiers dès notre plus tendre enfance, et apprenons à distinguer parmi des milliers de faces tout au long de notre vie. En outre, la différence entre les visages familiers et inconnus est très importante dans la façon dont nous percevons le monde. Lorsque nous voyons la figure d'une personne, nous traitons la représentation de manière globale: les divers éléments, cheveux, forme du nez, yeux etc. convergent ensemble en une seule image, à laquelle nous réagissons immédiatement: est-ce un visage familier ? Étranger? Aimé ? Repoussant? Chez une personne moyenne ce processus se déroule des dizaines de fois par jour, de sorte que le cerveau pratique un processus d'identification et de distinction entre les personnes".

D'où nous connaissons-nous ?

Les études sur la reconnaissance du visage menées au laboratoire du Prof. Yovel à l'Ecole de psychologie de l'Université de Tel-Aviv ont mis en évidence trois zones situées à l'arrière du cerveau (région responsable du traitement des images visuelles) qui réagissent très fortement à la vue d'un visage, et ont pu mettre lumière le processus par étapes par lequel nous l'identifions : la zone la plus en arrière identifie les détails (yeux, nez, bouche) en 100 millisecondes, puis, à la 170e ms, les deux centres plus à l'avant entrent en fonction et créent une image globale du visage. Il faut en tout entre 250 à 400 ms au cerveau pour détecter s'il s'agit d'un visage familier ou étranger.

En raison de l'absence d'exposition et d'interaction quotidienne, les Israéliens n'ont pas la nécessité de distinguer entre divers visages chinois, d'où la difficulté pour eux de les différencier. Le Prof. Yovel a mis au point une méthode d'entrainement pour identifier les visages et vérifié avec l'aide d'étudiants de son laboratoire, Michal Peleg, Eyal Mehudar et Jonathan Oron, s'il elle pouvait servir à '"enseigner" à des cerveaux d'Israéliens qui n'ont rencontré que très peu de Chinois dans leur vie à reconnaître des visages d'Asiatiques. Au cours de l'expérience les sujets ont été exposés à un petit nombre de visages chinois, dont chacun était identifié par leur nom, et donc présentés comme les visages de personnes individuelles distinctes. A la suite de l'entrainement, la capacité des participants à établir des distinctions entre les faciès asiatiques s'était améliorée. Pour savoir comment ce processus d'entrainement a changé la représentation des visages dans le cerveau des sujets, les étudiants ont comparé leurs réactions avant et après par la méthode de l'électroencéphalogramme, qui mesure l'activité électrique dans le cerveau et à l'aide d'un dispositif technologique permettant de suivre le mouvement des yeux, et sont arrivés à la conclusion que l'interaction personnelle et active avec un individu est un facteur essentiel dans le processus de reconnaissance faciale qui se produit dans le cerveau humain.

A qui est ce bébé?

L'expérience a été vérifiée sur une autre catégorie de visages qui nous paraissent également semblables les uns aux autres : ceux des nouveau-nés. La difficulté à les identifier est parfois telle que de nombreuses mères se rappellent avoir cherché leur bébé parmi les berceaux des salles néonatales, et ne l'ont identifié que grâce au nom sur l'étiquette. Lors d'une expérience menée en collaboration avec le Prof. Jonathan Goshen de l'École de psychologie, le Prof Yovel a tenté de déterminer ce qui pourrait aider le cerveau à distinguer entre les faces des nouveau-nés. Commençant par les infirmières des services de maternité, exposées quotidiennement à un grand nombre de nouveau-nés, ils ont trouvé à leur grande surprise que leur capacité à distinguer entre les petits patients ne dépassait pas celle de la plupart d'entre nous ! Lors de la phase suivante de l'étude des sujets ont eu pour instruction d'attribuer des noms individuels à un petit nombre de visages de nouveau-nés. Cette opération s'est avérée améliorer sensiblement leur capacité à distinguer entre les faces des nouveau-nés en général. Conclusion : là également, l'interaction individuelle est la clé de l'identification des distinctions faciales.

Université de Tel-Aviv : un espoir pour le traitement de la détérioration de la mémoire

Une recherche menée par le Prof. Malka Cohen-Armon du Département de physiologie et pharmacologie et de l'École des Neurosciences de l'Université de Tel-Aviv, en collaboration avec le Prof. Menachem Segal de l'Institut Weizman a révélé un processus biochimique à la base de la formation de la mémoire à long terme dans les neurones des zones du cerveau contrôlant les fonctions d'acquisition du savoir.  L'étude, qui a également impliqué des chercheurs de l'Institut de biotechnologie de Strasbourg et de l'Université Thomas Jefferson à Philadelphie, pourrait ouvrir la voie au traitement de la détérioration des capacités d'apprentissage causées par les lésions de l'ADN des cellules nerveuses dues aux maladies ou à la vieillesse.

synapseElle a été publiée récemment dans la revue Scientific Reports du groupe Nature.

 "Les neurones du cerveau sont réunis par un réseau complexe de millions de connexions reliées entre elles par des zones de contact (synapses), qui transmettent  les signaux nerveux de cellule en cellule», explique le Prof. Armon. "Sur la base des connaissances actuelles, on pense que le processus de formation de la mémoire à long terme est subordonné à des changements dans ces synapses, ou à la création de nouveaux synapses dans les centres du cerveau responsables de l'apprentissage. Cependant, les mécanismes à la base de ce processus ne sont pas connus. Il semblerait que l'exposition à une  information extérieure provoque des stimulations électriques à diverses fréquences dans les centres du cerveau responsables de l'apprentissage. L'impulsion est "traduite" en protéines impliquées dans les changements de la structure à long terme des synapses  (plasticité synpatique), transformations qui sont attribuées à la formation mémoire. L'étude actuelle a en fait révélé l'un de ces mécanismes, par lequel  la stimulation électrique des neurones se traduit par des changements dans les synapses". 

Dans une précédente étude,  le Prof. Armon avait publié dans la revue Science qu'une protéine nucléaire nommée PARP1, présente dans tous les systèmes vivants animaux et végétaux et impliquée dans la réparation des ruptures de l'ADN, était également nécessaire à l'acquisition de la mémoire à long terme. La nouvelle étude révèle le mécanisme biochimique par lequel cette protéine joue un rôle dans le processus d'apprentissage.

Un traitement par la glutamine ?

Dans le cadre de l'expérience, les chercheurs  ont  fait subir une stimulation électrique à des neurones pris dans les zones du cerveau concernées, et ont décodé les processus biochimiques qui se produisent dans le noyau des cellules en réponse à ce stimulus. La méthode employée combinait des mesures électrophysiologiques, des méthodes de  chimie structurelle et l'utilisation de la biologie moléculaire. Ainsi ont-ils pu identifier un mécanisme dépendant de la fréquence de la stimulation qui relie la protéine "réceptrice" des signaux parvenant à la membrane des cellules nerveuses à la protéine nucléaire PARP1. L'activation du PARP1 par ce processus permet la traduction immédiate des signaux électriques en «gènes rapides» (gènes de réponse précoce) codant la création de changements à long terme dans les synapses qui relient les neurones.

malka-cohen-armonLes neurones du cerveau ne se renouvellent pas de la naissance à la mort. Pendant la durée de la vie s'y accumulent des fragments d'ADN. "La protéine PARP1 se lie à ces fragments d'ADN et intervient dans leur réparation" explique le Prof. Armon. " Notre étude a révélé que lorsqu'un changement spécifique se produit dans la structure de la protéine lors de sa liaison à l'ADN elle ne peut se fixer sur la protéine "réceptrice" de signaux. Les fragments d'ADN empêchent alors le mécanisme de traduction de la stimulation des cellules nerveuses en  "gènes rapides" et les changements dans les synapses.

Par ailleurs, on a constaté que la glutamine (substance qui permet la tolérance au vin rouge) empêche la liaison du PARP1 à l'ADN et préserve ainsi l'expression des «gènes rapides» en réponse à la stimulation même en présence de fragments d'ADN. Cette découverte pourrait ouvrir la voie au traitement de la détérioration des capacités d'apprentissage en raison des lésions de l'ADN des neurones dans la vieillisse ou suite à des maladies. Le traitement par la glutamine a été testé avec succès sur des rats adultes dans d'autres groupes de recherche dans le monde, mais n'a pas encore chez l'homme.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre: "Découverte contre la détérioration de la mémoire"

Le Prix de la Fondation ADELIS pour la recherche sur le cerveau 2016 attribué à un chercheur de l'Université de Tel-Aviv

Le prestigieux Prix ADELIS pour la recherche de pointe sur le cerveau a été attribué au Dr. Yuval Nir de l'Ecole de médecine et de l'Ecole des Neurosciences de l'Université de Tel-Aviv pour ses travaux sur le sommeil. A cette occasion, la délégation de la Fondation ADELIS a également effectué une visite de plusieurs laboratoires innovants du campus et été reçue par le président de l'Université, le Prof. Joseph Klafter.

Le Prix a été remis lors d'une cérémonie dans le cadre du Conseil des Gouverneurs du Technion, en présence de son président, le Prof. Peretz Lavie.

AdelisPrixLe Prix ADELIS pour la recherche sur le cerveau, d'un montant de 100 000 $, a été établi en 2015 par la Fondation ADELIS pour l'excellence universitaire et la recherche médicale et scientifique en Israël, en mémoire de son fondateur André Cohen Deloro. Attribué à un jeune chercheur israélien, il a pour but d'encourager l'excellence dans le domaine des neurosciences en Israël, faire avancer les connaissances et la compréhension du fonctionnement du cerveau et des maladies qui lui sont liées et d'exercer une influence internationale. Remis pour la deuxième fois cette année, le Prix ADELIS est déjà devenu un symbole de réussite et de reconnaissance au sein de la communauté des jeunes chercheurs du pays.

Le projet de recherche du Dr. Nir a été choisi parmi les 29 projets en compétition, par un jury composé des meilleurs chercheurs dans le domaine en Israël: le Dr. Gal Ifergane, le Prof. Moshe Bar, le Prof. Illana Gozes, le Prof. Eilon Vaadia, le Prof. Haick Houssam, le Prof. Rafi Malach, le Prof. Alon Friedman, le Prof. Émérite Amos D. Korczyn, et le Prof. Michal Schwartz.

Améliorer le diagnostic et le traitement médical des affections neuropsychiatriques

"[…] Le Dr. Nir a créé des liens améliorant la coopération et la synergie dans la recherche avec des scientifiques de domaines connexes, et il supervise un grand nombre d'étudiants chercheurs. Nous sommes certains qu'on entendra parler de ses réalisations scientifiques futures, et fiers d'avoir été en mesure de le soutenir à ce moment critique de son évolution professionnelle " a déclaré le Prof. Émérite Amos D. Korczyn de l'Université de Tel-Aviv en exposant les motifs du jury.

Auteur de 22 articles scientifiques et trois chapitres de  livres, le Dr. Yuval Nir a déjà obtenu de nombreux prix et subventions de recherche. Le laboratoire qu'il dirige depuis 2012 à l'Université de Tel-Aviv se concentre sur l'étude du sommeil et sa relation avec les perceptions sensorielles et les processus cognitifs tels que l'apprentissage et la mémoire. Le projet de recherche en cours, pour lequel il a remporté le prix, examine les bases neurales du détachement sensoriel de l'environnement extérieur pendant les états de sommeil, l'anesthésie, et les défaillances de l'attention à l'état de veille. Il étudie la manière dont le cerveau réagit aux stimuli auditifs (sons) en fonction de son état interne, et examine le rôle des systèmes de neuromodulation dans la perception et le comportement. En outre, le laboratoire du Dr. Nir examine comment l'activité cérébrale pendant le sommeil peut servir de «fenêtre» sur la normalité du fonctionnement des systèmes cérébraux, dans l'espoir d'améliorer le diagnostic et le traitement médical des diverses affections neuropsychiatriques.

AdelisLogoAu cours de son passage sur le campus de l'Université de Tel-Aviv, la délégation de la Fondation ADELIS a également eu l'occasion de visiter le laboratoire du Dr. Noam Shomron de la Faculté de Médecine, qui combine des méthodes de Big Data et la bioinformatique pour résoudre des maladies génétiques comme le cancer du sein; le nouveau centre Blavatnik pour la découverte de médicaments présenté par son directeur académique, le Prof. Ehud Gazit et le laboratoire du Dr. Oded Rechavi du département de biologie moléculaire qui se concentre sur l'étude des lois de la transmission de l'hérédité épigénétique, celle qui ne passe pas par l'ADN.

La délégation a terminé sa visite par un entretien avec le Prof. Klafter, président de l'Université de Tel-Aviv, qui a rappelé que parmi les 24 chercheurs israéliens ayant obtenu des bourses de recherche du Conseil européen de la recherche (ERC), 8 appartenaient à l'Université de Tel-Aviv (12 l'an dernier), et souligné les liens privilégiés de l'UTA avec la Chine et les principales universités chinoises.

Il a également relevé le danger que représente le BDS universitaire, qui s'est élargi de la Grande-Bretagne aux Etats-Unis, et l'importance pour les universités de faire venir des visiteurs étrangers pour leur montrer Israël comme un pays de startups, de high-tech et d'innovation.  "Nous allons voir comment la Fondation ADELIS peut accompagner les besoins de l'Université de Tel-Aviv" ont conclu les Représentants de la Fondation ADELIS.

Université de Tel-Aviv: vers un test sanguin pour mesurer la vulnérabilité au stress ?

Le Prof. Talma Hendler, de l'Ecole des Neurosciences de l'Université de Tel-Aviv, directrice du Centre de fonctionnement du cerveau du Centre médical Souratsky et le Dr. Noam Shomron de la Faculté de Médecine, ont établi une corrélation entre le stress et l'expression d'un gène spécifique dans les globules blancs. L'étude, une des premières qui s'intéressent aux changements physiologiques induits par ce poison de la vie moderne, est une étape vers l'élaboration d'un test sanguin pour diagnostiquer la vulnérabilité au trouble de stress post-traumatique (TSPT) qui facilitera une intervention préventive ou précoce chez des personnes professionnellement exposées à un haut niveau de tension ou de traumatisme (combattants, policiers etc.).

PosttraumaLa recherche, récemment publiée dans la revue Plos One, été menée dans le cadre des travaux de doctorats des Dr. Sharon Vaisvaser et Shira Modai.

Notre capacité à faire face au stress dépend de l'efficacité avec laquelle notre corps et notre esprit régulent leur réponse aux situations stressantes. Les personnes ayant des difficultés à récupérer après une période de tension extrême ou prolongée sont susceptibles de développer un syndrome de stress post-traumatique (TSPT), une dépression, ou des même des dysfonctionnements somatiques comme des douleurs ou une fatigue chroniques. La nouvelle recherche multidisciplinaire menée à l’Université de Tel-Aviv montre que le processus de récupération implique à la fois des mécanismes neuronaux, épigénétiques et cellulaires, qui contribuent ensemble à produire un profil personnel de résistance au stress.

Un processus à la fois neuronal, génétique et comportemental

« C'est peut-être la première étude qui introduit le stress en laboratoire en observant les changements qu'il provoque à trois niveaux: neuronal, cellulaire et comportemental» explique le Prof. Hendler. « Nous avons constaté que la vulnérabilité au stress n'est pas uniquement reliée à une prédisposition génétique, mais que les gènes concernés peuvent s'exprimer ou non en fonction de l'environnement de la personne et de ses expériences au cours de sa vie» ajoute le Dr. Shomron. « Ce type d'interaction entre l'environnement et notre génome a été récemment conceptualisé sous le terme de 'processus épigénétique'. Chaque personne naît avec un certain potentiel génétique codé dans son ADN, mais les gènes sont exploités par des molécules appelées micro-ARN, qui réagissent et se modifient en fonction de l'état du corps ou de l'esprit. Il est devenu clair que ces mécanismes sont d'une importance capitale pour notre santé et notre bien-être, et sont probablement dans certains cas, plus importants que nos prédispositions».

TalmaHendlerL'étude a été conduite sur 49 hommes jeunes et en bonne santé, qui ont été soumis à une expérience de stress social. Les sujets devaient mener à bien diverses missions cognitives, alors qu’ils étaient confrontés à des réactions négatives telles que "Faux, recommencez," "D'autres ont fait mieux", "plus vite" et ainsi de suite. Pendant ce temps, les chercheurs ont examiné à la fois le fonctionnement cérébral des sujets par l'analyse d'images obtenues par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), et mesuré le niveau des microARN, petits ARN qui exercent des effets régulatoires puissants sur les gènes, par des tests sanguins avant la situation de stress, et trois heures après. Le Dr. Vaisvaser explique: «Vingt minutes après le pic de stress, nous avions deux groupes: les personnes ‘vulnérables’ qui étaient encore stressées, et celles qui avaient récupéré. Les 'vulnérables', soit ne revenaient pas à leur point de départ soit mettaient trop longtemps à le faire».

De la recherche fondamentale au traitement pratique

Les chercheurs ont réussi à localiser un changement spécifique de l'expression du micro-ARN miR29c dans les globules blancs, plus important chez les personnes vulnérables au stress, et pouvant donc constituer un marqueur de récupération lente. Les personnes qui récupèrent plus lentement montrent une réaction moléculaire plus importante au stress dans leur micro-ARN miR-29c. Il s'avère que ce changement correspond également à une modification de la capacité de connexion d'un centre majeur de la régulation du stress dans le cerveau, le cortex préfrontal vento-médial, ou vmPFC, qui aide à modérer notre réaction au stress. «Nous avons découvert que le changement de l'activité moléculaire dans le sang se produit en parallèle avec un changement spécifique de l'activité cérébrale au cours du stress» commente le Dr. Shomron.

«L'homme est une créature sociale, donc nous réagissons tous fortement au rejet, ou à un traitement injuste», explique le Prof. Hendler. « Il est sain de réagir au stress, à une chose considérée comme un défi ou une menace. Le problème est la récupération. Si vous ne récupérez pas en une journée, une semaine ou plus, cela indique que votre cerveau ou votre organisme a du mal à retourner à son niveau normal par auto-régulation (processus d'homéostasie). Nous avons constaté que cette récupération implique à la fois des mécanismes neuronaux, épigénétiques et cellulaires, qui contribuent ensemble à l'expérience subjective du stress».

«Connaitre les données de mesures cérébrales qui correspondent à une telle vulnérabilité épigénétique rendra possible le développement d'un traitement personnalisé sur la base d'un test sanguin. Si vous pouvez identifier les personnes susceptibles de développer une réponse inadaptée au stress par une simple prise de sang, vous pourrez leur offrir une prévention plus efficace ou une intervention thérapeutique précoce» ajoute le Dr. Shomron.

Les chercheurs tentent actuellement de poursuivre leur étude en examinant les oscillations des marqueurs épigénétiques chez les personnes souffrant de troubles liés au stress pour vérifier s'il est possible de les modifier par des traitements ciblés sur le cerveau.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi sous le titre: "Vers un test sanguin pour mesurer la vulnérabilité au stress", le 8.3.2016.

Découverte exceptionnelle de l'Université de Tel-Aviv pour réparer le cerveau

Une équipe de chercheurs dirigée par le Prof. Matti Mintz de l'Ecole de psychologie et de l'Ecole des neurosciences de l'Université de Tel-Aviv est parvenu à restaurer des fonctions spécifiques du cerveau en remplaçant la zone endommagée par une puce synthétique. L'étude novatrice pourra avoir des applications cliniques dans un premier temps pour restaurer des mécanismes de réflexes endommagés après un AVC, comme par exemple la déglutition.

remplacer-une-zone-du-cerveau-par-une-puceElle a été publiée dans la revue Scientific Reports, et a obtenu la deuxième place de la compétition des meilleurs projets d'interface cerveau-ordinateur lors du dernier congrès de la Société américaine des Neurosciences à Chicago.

« L'objectif du projet était d'examiner la possibilité de remplacer une petite région cérébrale par une puce synthétique », explique le Prof. Mintz. « L'obstruction d'un vaisseau sanguin dans le corps peut être surmontée par un pontage, c'est-à-dire en contournant l'artère rétrécie ou obstruée par l'implantation d'un autre vaisseau en aval; mais le cerveau contrôle non pas un flux sanguin, mais un flux d'information. Nous avons voulu vérifier s'il est possible de construire une "dérivation" électronique pour  transmettre ces informations si l'une des zones du cerveau est endommagée ».

Recopier le modèle d'un neurone dans une puce

« Pour ce faire, nous avons copié le modèle d'un neurone dans une puce», poursuit le Prof. Mintz. « Puis nous avons relié cette puce aux entrées et sorties du système affecté et vérifié s'il était possible de réactiver le fonctionnement de la région cérébrale qui le supervise. Nous avons examiné plus précisément le cervelet, qui joue un rôle important dans le contrôle moteur. Il s'agit de l'apprentissage des petits mouvements réflexes de protection, comme le clignement de l'œil devant un corps étranger ou la projection des bras en avant une chute. Le défi était également d'enregistrer l'information à l'entrée de la zone endommagée et de la libérer à la sortie, et entre les deux, de réaliser le calcul neuronal effectué par le cervelet, qui prend les informations entrantes et les traduit en informations sortantes ».

ProfMintz« L'étude s'est terminé l'année dernière avec un grand succès. Nous sommes parvenu à construire cette dérivation électronique et à montrer qu'elle fonctionne» poursuit le Prof. Mintz, qui souligne que « pour le moment, nous n'en sommes pas au stade de l'application clinique. Le projet a permis de déterminer des éléments essentiels comme par exemple les électrodes qui peuvent être utilisées, et les protections à leur fournir pour assurer une utilisation à long terme ».

Selon le Prof. Minz, «La première application sera la restauration ou le remplacement de petites régions cérébrales qui ont une fonction vitale, comme la déglutition. Dans un avenir plus lointain on commencera à remplacer des régions plus grandes du cerveau ».

Pour lui, la réussite du projet ne signifie pas qu'il faut s'en arrêter là. «La recherche est un travail quotidien qui génère beaucoup de plaisir et de connaissance » conclue-t-il «Je suis à présent impatient de démarrer le prochain projet ».

Le projet a duré plus de 12 ans et y ont participé, entre autres, les étudiants du Prof. Mintz, à l'Ecole des Neurosciences de l'Université de Tel-Aviv, le Dr. Roni Hogri, le Dr Aryeh Taub et le Dr Ari Magal, les Prof. Yossi Shacham, et Hagit Messer-Yaron et le Dr Mira Marcus-Kalish de l'UTA ainsi que des chercheurs italiens, le Prof. Paolo Del Giudice  et le Dr Siméon Bamford.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi sous le titre: "Israël: remplacer une zone du cerveau par une puce", le 18.12.2015.