What we'll learn about the brain in the next century | Sam Rodriques

Traducteur: Yves DAUMAS Relecteur: eric vautier

Je voudrais vous dire quelques mots au sujet des neurosciences.

I want to tell you guys something about neuroscience.

I'm a physicist by training.

Je suis physicien de formation.

About three years ago, I left physics

Il y a trois ans, j'ai quitté ce domaine

to come and try to understand how the brain works.

pour tenter de comprendre le fonctionnement du cerveau.

And this is what I found.

Et voici ce que j'ai trouvé.

Lots of people are working on depression.

Il y a beaucoup de travaux sur la dépression.

And that's really good,

Et c'est très bien,

depression is something that we really want to understand.

c'est un domaine qu'il faut vraiment tenter de comprendre.

Here's how you do it:

Voici comment on procède :

you take a jar and you fill it up, about halfway, with water.

vous prenez un pot et vous le remplissez à moitié avec de l'eau.

And then you take a mouse, and you put the mouse in the jar, OK?

Puis vous prenez une souris et vous la mettez dans le pot.

And the mouse swims around for a little while

Et la souris nage pendant un petit moment

and then at some point, the mouse gets tired

puis, à un moment donné, la souris se fatigue

and decides to stop swimming.

et elle décide d'arrêter de nager.

And when it stops swimming, that's depression.

Et quand elle arrête de nager, c'est la dépression.

OK?

D'accord ?

And I'm from theoretical physics,

Je viens du domaine de la physique théorique,

so I'm used to people making very sophisticated mathematical models

donc, j'ai l'habitude de modèles mathématiques très sophistiqués

to precisely describe physical phenomena,

pour décrire très précisément des phénomènes physiques,

so when I saw that this is the model for depression,

donc, quand j'ai vu ce modèle pour la dépression,

I though to myself, "Oh my God, we have a lot of work to do."

je me suis dit : « Mon Dieu, il y a beaucoup de travail à faire. »

(Laughter)

(Rires)

But this is a kind of general problem in neuroscience.

Mais c'est un problème assez général en neurosciences.

So for example, take emotion.

Prenez par exemple l'émotion.

Lots of people want to understand emotion.

Beaucoup de gens voudraient comprendre l'émotion.

But you can't study emotion in mice or monkeys

Mais on ne peut l'étudier chez les souris ou chez les singes

because you can't ask them

car on ne peut pas leur demander

how they're feeling or what they're experiencing.

comment ils vont ou se sentent.

Donc les gens qui veulent comprendre l'émotion

So instead, people who want to understand emotion,

typically end up studying what's called motivated behavior,

passent par l'étude de ce qu'on appelle le comportement motivé.

which is code for "what the mouse does when it really, really wants cheese."

Autrement dit, « ce que la souris fait quand elle veut vraiment du fromage. »

OK, I could go on and on.

Je pourrais continuer sans fin.

I mean, the point is, the NIH spends about 5.5 billion dollars a year

L'Institut National de Santé dépense près de 5,5 milliards de dollars par an

on neuroscience research.

sur les recherches en neurosciences.

And yet there have been almost no significant improvements in outcomes

Et pourtant, il n'y a eu presque aucune amélioration significative,

pour les patients souffrant de maladies du cerveau, ces 40 dernières années.

for patients with brain diseases in the past 40 years.

And I think a lot of that is basically due to the fact

Je pense que c'est essentiellement dû au fait

that mice might be OK as a model for cancer or diabetes,

que les souris sont d'assez bons modèles pour étudier le cancer ou le diabète,

but the mouse brain is just not sophisticated enough

mais le cerveau d'une souris n'est juste pas assez sophistiqué

to reproduce human psychology or human brain disease.

pour reproduire la psychologie humaine ou les maladies du cerveau humain.

OK?

D'accord ?

So if the mouse models are so bad, why are we still using them?

Mais si ces modèles basés sur les souris sont mauvais, pourquoi les utiliser ?

Well, it basically boils down to this:

La raison est la suivante :

the brain is made up of neurons

le cerveau est composé de neurones,

which are these little cells that send electrical signals to each other.

qui sont de petites cellules s'échangeant des signaux électriques.

If you want to understand how the brain works,

Pour pouvoir comprendre le fonctionnement du cerveau,

you have to be able to measure the electrical activity of these neurons.

vous devez être capable de mesurer l'activité électrique de ces neurones.

But to do that, you have to get really close to the neurons

Mais pour réussir cela, il faut se rapprocher au plus près des neurones

with some kind of electrical recording device or a microscope.

avec une sorte d'appareil d'enregistrement ou de microscope.

And so you can do that in mice and you can do it in monkeys,

Vous pouvez faire cela chez les souris et chez les singes,

because you can physically put things into their brain

en implantant des choses dans leur cerveau,

but for some reason we still can't do that in humans, OK?

mais pour une raison quelconque, c'est impossible à faire chez les humains.

So instead, we've invented all these proxies.

Nous avons donc inventé toutes sortes d'équipements.

So the most popular one is probably this,

La méthode la plus populaire est sans doute celle-ci :

functional MRI, fMRI,

l'IRM fonctionnelle, ou IRMf,

which allows you to make these pretty pictures like this,

qui vous permet de faire de jolies images comme celle-ci,

that show which parts of your brain light up

qui montre les régions du cerveau qui s'éclairent

when you're engaged in different activities.

lorsqu'on fait diverses activités.

But this is a proxy.

Mais ce n'est qu'un artifice.

You're not actually measuring neural activity here.

Ce n'est pas vraiment l'activité neuronale qu'on mesure.

What you're doing is you're measuring, essentially,

Ce qu'on mesure réellement, ce sont des paramètres comme

like, blood flow in the brain.

le flux sanguin dans le cerveau.

Where there's more blood.

Là où il y a le plus de sang,

It's actually where there's more oxygen, but you get the idea, OK?

- en fait, le plus d'oxygène - mais c'est l'idée.

L'autre méthode que l'on peut utiliser est la suivante :

The other thing that you can do is you can do this --

electroencephalography -- you can put these electrodes on your head, OK?

l'électroencéphalographie.

On met des électrodes sur la tête.

And then you can measure your brain waves.

Cela permet de mesurer les ondes cérébrales.

And here, you're actually measuring electrical activity.

Vous pouvez ainsi mesurer une activité électrique.

But you're not measuring the activity of neurons.

Mais on ne mesure pas vraiment l'activité des neurones.

You're measuring these electrical currents,

On mesure des courants électriques,

sloshing back and forth in your brain.

qui vont et viennent dans le cerveau.

Bref, ces technologies qu'on possède

So the point is just that these technologies that we have

are really measuring the wrong thing.

mesurent la mauvaise information.

Because, for most of the diseases that we want to understand --

Car, la plupart des maladies qu'on veut comprendre,

like, Parkinson's is the classic example.

dont la maladie de Parkinson est un exemple classique.

In Parkinson's, there's one particular kind of neuron deep in your brain

Pour cette maladie, c'est un type de neurone particulier

qui est responsable de la maladie,

that is responsible for the disease,

and these technologies just don't have the resolution that you need

et ces technologies n'ont simplement pas la résolution nécessaire

to get at that.

pour observer cela.

And so that's why we're still stuck with the animals.

Voilà pourquoi on travaille encore sur des animaux.

Not that anyone wants to be studying depression

Ce n'est pas qu'on veuille étudier la dépression

en mettant des souris dans des pots.

by putting mice into jars, right?

It's just that there's this pervasive sense that it's not possible

C'est simplement qu'il n'est pas possible

d'étudier l'activité de neurones dans des cerveaux humains sains.

to look at the activity of neurons in healthy humans.

So here's what I want to do.

Alors, voici ce que je veux faire.

I want to take you into the future.

Je veux vous emmener dans le futur,

To have a look at one way in which I think it could potentially be possible.

pour vous montrer des techniques qui pourraient rendre cela possible.

And I want to preface this by saying, I don't have all the details.

Je veux tout d'abord dire que je n'ai pas tous les détails.

So I'm just going to provide you with a kind of outline.

Je vais donc vous proposer un aperçu.

But we're going to go the year 2100.

Bon alors, voyageons jusqu'à l'année 2100.

Now what does the year 2100 look like?

A quoi ressemble l'année 2100 ?

Pour commencer, le climat est un peu plus chaud que celui auquel vous êtes habitués.

Well, to start with, the climate is a bit warmer that what you're used to.

(Laughter)

(Rires)

And that robotic vacuum cleaner that you know and love

Et l'aspirateur robot que vous connaissez et aimez

a évolué sur quelques générations,

went through a few generations,

and the improvements were not always so good.

et les améliorations n'étaient pas toujours les meilleures.

(Laughter)

(Rires)

It was not always for the better.

Elles n'allaient pas toujours dans le bon sens.

But actually, in the year 2100 most things are surprisingly recognizable.

Mais en fait, en 2100, la plupart des choses sont assez reconnaissables.

It's just the brain is totally different.

C'est juste que le cerveau est totalement différent.

For example, in the year 2100,

Par exemple, en 2100,

we understand the root causes of Alzheimer's.

on comprend les causes de la maladie d'Alzheimer

So we can deliver targeted genetic therapies or drugs

et on peut utiliser des thérapies génétiques ciblées ou des médicaments

to stop the degenerative process before it begins.

pour mettre fin au processus dégénératif avant qu'il ne commence.

So how did we do it?

Alors, comment est-on arrivé là ?

Well, there were essentially three steps.

Il y avait essentiellement trois étapes à franchir.

The first step was that we had to figure out

La première était de trouver

some way to get electrical connections through the skull

un moyen d'obtenir des connexions électriques à travers le crâne

so we could measure the electrical activity of neurons.

afin de pouvoir mesurer l'activité électrique des neurones.

And not only that, it had to be easy and risk-free.

Et cela de manière facile et sans risque.

Something that basically anyone would be OK with,

Quelque chose que tout le monde accepterait de faire

like getting a piercing.

comme un piercing, par exemple.

Because back in 2017,

Car en 2017,

the only way that we knew of to get through the skull

le seul moyen connu pour passer à travers le crâne

was to drill these holes the size of quarters.

était de percer des trous de la taille d'une pièce de 25 cents.

You would never let someone do that to you.

Vous ne laisseriez jamais quelqu'un vous faire une telle chose.

So in the 2020s,

Alors, pendant les années 2020,

people began to experiment -- rather than drilling these gigantic holes,

on a commencé à expérimenter -- au lieu de percer ces gros trous,

drilling microscopic holes, no thicker than a piece of hair.

on perçait des trous microscopiques, pas plus épais qu'un cheveu.

And the idea here was really for diagnosis --

Et cela pour aider au diagnostic --

there are lots of times in the diagnosis of brain disorders

souvent, pour le diagnostic des troubles cérébraux

when you would like to be able to look at the neural activity beneath the skull

on voudrait être capable de voir l'activité neuronale sous le crâne,

and being able to drill these microscopic holes

et être capable de percer ces trous microscopiques

would make that much easier for the patient.

rendrait cette épreuve plus simple pour le patient.

In the end, it would be like getting a shot.

En fin de compte, cela serait comme une piqûre.

You just go in and you sit down

Vous entrez, vous vous asseyez

and there's a thing that comes down on your head,

et quelque chose descend sur votre tête,

and a momentary sting and then it's done,

une courte piqûre, et puis c'est fini,

and you can go back about your day.

et vous retournez à vos activités.

So we're eventually able to do it

Bref, on est finalement parvenu à faire cela

using lasers to drill the holes.

en utilisant des rayons laser pour percer les trous.

And with the lasers, it was fast and extremely reliable,

Ces rayons lasers, sont rapides et extrêmement fiables,

you couldn't even tell the holes were there,

on ne remarque même pas que les trous sont là,

any more than you could tell that one of your hairs was missing.

pas plus qu'on ne voit un cheveu manquant sur votre tête.

And I know it might sound crazy, using lasers to drill holes in your skull,

L'idée d'utiliser des rayons laser pour percer de trous dans le crâne paraît folle

but back in 2017,

mais en 2017,

people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes

les gens acceptaient des opérations au laser dans leurs yeux

for corrective surgery

pour de la chirurgie corrective.

So when you're already here, it's not that big of a step.

A partir de là, ce n'est pas un si grand pas,

OK?

n'est-ce pas ?

So the next step, that happened in the 2030s,

Ensuite, l'étape suivante, pendant les années 2030,

was that it's not just about getting through the skull.

ne fut pas simplement de parvenir à percer le crâne.

To measure the activity of neurons,

Pour mesurer l'activité des neurones,

you have to actually make it into the brain tissue itself.

il faut entrer dans le tissu cérébral lui-même.

And the risk, whenever you put something into the brain tissue,

Mais le risque en faisant cela

est de causer un accident vasculaire.

is essentially that of stroke.

That you would hit a blood vessel and burst it,

Endommager un vaisseau sanguin

et provoquer un AVC.

and that causes a stroke.

So, by the mid 2030s, we had invented these flexible probes

Donc, au milieu des années 2030, on a inventé des sondes flexibles

that were capable of going around blood vessels,

capables de contourner les vaisseaux sanguins,

rather than through them.

au lieu de les traverser.

And thus, we could put huge batteries of these probes

On a ainsi été capable de mettre un grand nombre de ces sondes

into the brains of patients

dans les cerveaux des patients

and record from thousands of their neurons without any risk to them.

et enregistrer les signaux de milliers de neurones sans aucun risque pour eux.

And what we discovered, sort of to our surprise,

Ce qu'on a découvert, à notre grande surprise,

is that the neurons that we could identify

est que les neurones qu'on pouvait identifier

were not responding to things like ideas or emotion,

ne répondaient pas aux idées ou aux émotions,

which was what we had expected.

ce qu'on s'attendait à observer,

They were mostly responding to things like Jennifer Aniston

Ils répondaient plutôt à des choses comme Jennifer Aniston,

or Halle Berry

Halle Berry

or Justin Trudeau.

ou Justin Trudeau.

I mean --

Je veux dire --

(Laughter)

(Rires)

In hindsight, we shouldn't have been that surprised.

Rétrospectivement, on n'aurait pas dû être surpris.

I mean, what do your neurons spend most of their time thinking about?

Vos neurones passent la plupart de leur temps à penser à quoi ?

(Laughter)

(Rires)

But really, the point is that

Mais sérieusement,

this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals.

cette technologie a permis d'étudier les neurosciences au niveau de l'individu.

So much like the transition to genetics, at the single cell level,

Un peu comme la transition de la génétique au niveau d'une seule cellule,

we started to study neuroscience, at the single human level.

on a commencé à étudier les neurosciences au niveau de l'individu.

But we weren't quite there yet.

Mais il restait du chemin à parcourir.

Because these technologies

Car ces technologies

were still restricted to medical applications,

étaient encore limitées aux applications médicales,

which meant that we were studying sick brains, not healthy brains.

et on étudiait les cerveaux malades, et non pas ceux en bonne santé.

Because no matter how safe your technology is,

Parce que même si la technologie est sûre,

on ne peut insérer quelque chose dans le cerveau de quelqu'un

you can't stick something into someone's brain

for research purposes.

à des fins de recherche.

They have to want it.

Ils doivent en avoir envie.

And why would they want it?

Et pourquoi en auraient-ils envie ?

Because as soon as you have an electrical connection to the brain,

Parce que, dès qu'on crée une connexion électrique avec le cerveau,

you can use it to hook the brain up to a computer.

on peut l'utiliser pour connecter le cerveau à un ordinateur.

Oh, well, you know, the general public was very skeptical at first.

Évidemment, le public était très sceptique au début.

I mean, who wants to hook their brain up to their computers?

Qui voudrait connecter son cerveau à un ordinateur ?

Well just imagine being able to send an email with a thought.

Eh bien, imaginez pouvoir envoyer un mail par la pensée !

(Laughter)

(Rires)

Imagine being able to take a picture with your eyes, OK?

Imaginez pouvoir prendre une photo avec vos yeux.

(Laughter)

(Rires)

Imagine never forgetting anything anymore,

Imaginez de ne jamais plus rien oublier,

because anything that you choose to remember

car tout ce que vous choisissez de vous souvenir

will be stored permanently on a hard drive somewhere,

serait stocké sur un disque dur,

able to be recalled at will.

capable d'être rappelé à volonté.

(Laughter)

(Rires)

The line here between crazy and visionary

La frontière entre le fou et le visionnaire

was never quite clear.

n'a jamais été très franche.

But the systems were safe.

Mais les systèmes étaient sûrs.

So when the FDA decided to deregulate these laser-drilling systems, in 2043,

Alors, quand en 2043, la FDA a décidé de déréglementer ces systèmes au laser,

commercial demand just exploded.

la demande commerciale a explosé.

People started signing their emails,

Les gens se mirent à signer leurs mails

"Please excuse any typos.

« Veuillez pardonner toute faute.

Sent from my brain."

Envoyé par mon cerveau. »

(Laughter)

Commercial systems popped up left and right,

(Rires)

Des offres commerciales se mirent à apparaître,

offering the latest and greatest in neural interfacing technology.

offrant la technologie d'interface neuronale la plus récente et la meilleure.

There were 100 electrodes.

D'abord avec une centaine d'électrodes.

A thousand electrodes.

Puis un millier d'électrodes.

High bandwidth for only 99.99 a month.

De la haute bande passante pour seulement 99,99 par mois.

(Laughter)

(Rires)

Soon, everyone had them.

Bientôt, tout le monde eut la sienne.

And that was the key.

Et c'était la clé.

Because, in the 2050s, if you were a neuroscientist,

Car, dans les années 2050, si vous étiez neuroscientifique,

you could have someone come into your lab essentially from off the street.

des personnes pouvaient venir directement à votre laboratoire.

And you could have them engaged in some emotional task

Et vous pouviez les engager pour étudier des émotions,

or social behavior or abstract reasoning,

le comportement social, ou le raisonnement abstrait,

things you could never study in mice.

ce qu'on ne pourrait jamais étudier avec des souris.

And you could record the activity of their neurons

Et vous pouviez enregistrer l'activité de leurs neurones

using the interfaces that they already had.

en utilisant les interfaces qu'ils avaient déjà.

And then you could also ask them about what they were experiencing.

Et puis vous pouviez leur demander ce qu'ils éprouvaient.

Alors, ce lien entre la psychologie et les neurosciences,

So this link between psychology and neuroscience

that you could never make in the animals, was suddenly there.

qu'on ne pouvait jamais voir chez les animaux, était là, tout d'un coup.

So perhaps the classic example of this

L'exemple peut-être le plus classique

was the discovery of the neural basis for insight.

fut la découverte de la base neurale de la compréhension.

That "Aha!" moment, the moment it all comes together, it clicks.

Ce moment de révélation, le moment où ça a fait tilt.

And this was discovered by two scientists in 2055,

Et cela a été découvert par deux scientifiques en 2055,

Barry and Late,

Barry et Late,

who observed, in the dorsal prefrontal cortex,

qui ont observé, dans le cortex préfrontal dorsal,

how in the brain of someone trying to understand an idea,

dans le cerveau de quelqu'un en train d'essayer de comprendre une idée

comment les différentes populations de neurones se réorganisaient -

how different populations of neurons would reorganize themselves --

you're looking at neural activity here in orange --

vous voyez l'activé neuronale en orange

until finally their activity aligns in a way that leads to positive feedback.

jusqu'à ce que leur activité s'aligne pour fournir un retour d'information positif.

Right there.

Juste là.

That is understanding.

Voilà à quoi ressemble la compréhension.

So finally, we were able to get at the things that make us human.

Nous étions enfin capables d'atteindre ce qui nous rend humain.

And that's what really opened the way to major insights from medicine.

Et cela a vraiment ouvert la voie vers de grandes percées médicales.

Because, starting in the 2060s,

Parce que, à partir des années 2060,

with the ability to record the neural activity

avec la capacité d'enregistrer l'activité neurale

in the brains of patients with these different mental diseases,

dans les cerveaux des patients atteints de diverses maladies mentales,

rather than defining the diseases on the basis of their symptoms,

au lieu de définir les maladies par rapport à leurs symptômes,

comme on le faisait au début du siècle,

as we had at the beginning of the century,

on commençait à les définir

we started to define them

on the basis of the actual pathology that we observed at the neural level.

par rapport à la vraie pathologie qu'on observait au niveau neuronal.

So for example, in the case of ADHD,

Par exemple, dans le cas du trouble déficitaire de l'attention,

we discovered that there are dozens of different diseases,

on a découvert qu'il existe des dizaines de maladies différentes,

all of which had been called ADHD at the start of the century,

appelées au début du siècle trouble déficitaire de l'attention,

that actually had nothing to do with each other,

qui n'avaient rien à voir les uns avec les autres

except that they had similar symptoms.

à part des symptômes similaires.

And they needed to be treated in different ways.

Et qui avaient besoin d'être traités différemment.

So it was kind of incredible, in retrospect,

Rétrospectivement, cela paraît un peu incroyable

that at the beginning of the century,

qu'au début du siècle,

we had been treating all those different diseases

on traitait toutes ces différentes maladies

with the same drug,

avec le même médicament.

just by giving people amphetamine, basically is what we were doing.

En général, simplement en donnant aux gens de l'amphétamine.

Et la schizophrénie et la dépression de la même manière.

And schizophrenia and depression are the same way.

So rather than prescribing drugs to people essentially at random,

Donc, au lieu de prescrire des médicaments aux gens essentiellement au hasard

as we had,

comme on faisait,

we learned how to predict which drugs would be most effective

on a appris comment prédire quels médicaments seraient les plus efficaces

in which patients,

chez certains patients,

and that just led to this huge improvement in outcomes.

ce qui a conduit à une amélioration extraordinaire des résultats.

OK, I want to bring you back now to the year 2017.

Je vais vous ramener maintenant en 2017.

Ce que je viens de raconter semble peut-être satirique ou exagéré,

Some of this may sound satirical or even far fetched.

And some of it is.

et c'est vrai pour certains points.

I mean, I can't actually see into the future.

Je ne suis pas vraiment capable de prédire l'avenir.

I don't actually know

Je ne sais pas vraiment

if we're going to be drilling hundreds or thousands of microscopic holes

si on percera des centaines ou des milliers de trous microscopiques

dans nos têtes d'ici 30 ans.

in our heads in 30 years.

But what I can tell you

Mais ce que je peux vous dire,

is that we're not going to make any progress

c'est qu'on ne fera aucun progrès

towards understanding the human brain or human diseases

vers la compréhension du cerveau humain ou les maladies humaines

until we figure out how to get at the electrical activity of neurons

avant de trouver comment étudier l'activité électrique des neurones

in healthy humans.

chez des humains en bonne santé.

And almost no one is working on figuring out how to do that today.

Et il n'y a presque personne qui y travaille aujourd'hui.

That is the future of neuroscience.

Ceci est l'avenir des neurosciences.

And I think it's time for neuroscientists to put down the mouse brain

Et je pense qu'il est temps de laisser les cerveaux de souris

and to dedicate the thought and investment necessary

et de focaliser la pensée et les investissements nécessaires

to understand the human brain and human disease.

pour comprendre le cerveau humain et les maladies humaines.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)