LES APPLICATIONS AUX NEUROSCIENCES

Les outils et méthodes de neuro-imagerie ont considérablement enrichi les connaissances en neurosciences. D'une manière générale, les neurosciences, grâce à l'imagerie biomédicale, se sont imposées au cours de ces dernières années dans de nombreux domaines de la biologie et de la médecine.

Les sciences cognitives

L'imagerie fonctionnelle cérébrale ou imagerie neurofonctionnelle, relève de l'étude des processus cognitifs humains. Elle vise à relier les fonctions cognitives supérieures (perception des objets, langage, attention, mémoire, raisonnement, action...) avec leur composante biologique, les neurones. La neuro-imagerie, aujourd'hui devenue indispensable aux études de neurosciences cognitives, est utilisée chez le sujet normal ou le patient pour la détermination des bases du calcul, du langage, de la mémoire, de la préparation à l'action ou encore de la conscience. Elle repose essentiellement sur l'utilisation de l'IRM.

Les circuits cérébraux, utilisés dans le processus de "pensée", sont les mêmes que ceux requis lors de la perception ou d'actions réelles. En considérant que certaines formes de "pensée", comme l'évocation de souvenirs ou la visualisation mentale d'une image, ne sont autres que des simulations ou des reproductions d'événements que nous pourrions vivre ou que nous avons vécus, ce résultat est loin d'être surprenant. La neuro-imagerie apporte ainsi la preuve de l'utilisation de circuits cérébraux communs aussi bien à la "pensée" qu'à la perception ou à l'action.

L'imagerie neurofonctionnelle démontre également les limites du traitement d'une information subliminale. Des mots présentés trop brièvement pour être perçus consciemment stimulent une fraction seulement des aires cérébrales participant au processus de lecture. Cette activation, même inconsciente, permet une reconnaissance ultérieure plus rapide du mot, mais reste insuffisante pour provoquer l'activation cérébrale caractéristique d'un "effort conscient".

Dans le domaine du calcul mental, la neuro-imagerie montre que deux régions cérébrales parfaitement localisées s'activent dès lors que nous effectuons un calcul ou que nous réfléchissons à une quantité numérique.

Au cours de l'apprentissage de la lecture, une région cérébrale particulière et bien déterminée se spécialise progressivement dans le codage des séquences de lettres. Récemment, au service hospitalier Frédéric-Joliot du CEA, il a pu être montré qu'une lésion de cette région ou de ses connexions se traduisait par une incapacité à lire.

Parmi les applications de la radioactivité en physiologie et en médecine, la tomographie par émission de positons permet de localiser des récepteurs neuronaux afin de mieux connaître le fonctionnement du cerveau.

Les maladies neurologiques

Le fonctionnement pathologique du cerveau est abordé à l'aide des mêmes techniques d'imagerie. On évalue le retentissement de certaines affections neurologiques sur le fonctionnement cérébral général en mesurant, par exemple, la consommation d'oxygène ou le métabolisme. Pour certaines affections particulières, il est également possible de caractériser certains neurones en suivant la synthèse de neurotransmetteurs ou leur capacité à réceptionner à leur surface ce messager chimique.

Couplée à d'autres techniques, l'imagerie cérébrale constitue une aide précieuse pour concevoir, développer et valider de nouvelles approches thérapeutiques (par greffe de cellules ou thérapie génique) ou de chirurgie interventionnelle.

Les maladies neurodégénératives

En France, plus d'une personne sur 500 après 50 ans est directement concernée par une maladie dégénérative affectant le système nerveux central (maladie d'Alzheimer, maladie de Parkinson, maladie de Huntington, sclérose latérale amyotrophique, sclérose en plaques). Ces maladies, aujourd'hui incurables, provoquent la mort lente et très progressive des neurones et demeurent, pour la plupart, dépourvues de tout traitement efficace. Pour lutter contre ces pathologies, les techniques d'imagerie permettent d'appréhender les altérations cérébrales spécifiques des pathologies neurodégénératives et offrent la possibilité d'un suivi quantifié de l'efficacité thérapeutique en cours de traitement.

La maladie de Parkinson

La maladie de Parkinson se caractérise par la perte de neurones impliqués avec les neurotransmetteurs, dans la production de la dopamine, caractérisée par une diminution du contrôle des mouvements. La perte de ces structures cérébrales peut être observée par tomographie par émission de positons (TEP). Cette technique permet de diagnostiquer la maladie avant que les symptômes cliniques n'apparaissent, c'est-à-dire dès la perte de 20 à 40 % de dopamine. L'analyse par TEP permet d'étudier et de démontrer l'efficacité de médicaments neuroprotecteurs pour stabiliser ou ralentir l'évolution de la maladie.

L'épilepsie partielle

L'épilepsie partielle, forme d'épilepsie qui affecte une région du cortex, se caractérise en général par une faible efficacité des médicaments. Seule une intervention chirurgicale permet de guérir les patients qui en souffrent. La tomographie par émission de positons permet de localiser précisément la zone responsable des crises. Cette indication donne au médecin l'assurance que son ablation ne provoquera aucune séquelle fonctionnelle. Dans ce cadre, la TEP constitue un outil unique de diagnostic pré-opératoire.

L'autisme

L'autisme a était identifié, grâce aux techniques d'imagerie, comme une pathologie neurologique et non pas psychologique. L'analyse par TEP d'enfants autistes montre en effet une diminution bilatérale du débit sanguin cérébral au repos, localisée dans la partie supérieure du lobe temporal. En IRM, des anomalies anatomiques apparaissent dans ces mêmes régions temporales. Cette zone du lobe temporal serait à l'origine de nombreux symptômes de l'autisme et jouerait un rôle central dans le traitement des signaux environnementaux perçus par les organes visuels et auditifs et transcrits dans le système nerveux. La combinaison de ces deux procédés d'imagerie a mis en évidence des anomalies tant fonctionnelles que structurelles.

En psychiatrie

L'imagerie cérébrale permet de rechercher comment les modifications du fonctionnement du cerveau sont impliquées dans les troubles mentaux, et de trouver des informations utiles au développement de traitements spécifiques chez les patients.

La dépression

La dépression se traduit par des modifications localisées et évolutives de l'activité du cerveau mesurées grâce à la TEP. Le cerveau apparaît hypoactif lorsque les symptômes de dépression sont majeurs, et son fonctionnement s'améliore sous l'effet des médicaments. Toutefois, le recouvrement d'une activité normale prend plus de temps que la disparition des symptômes de dépression et témoigne de la fragilité des patients à la rechute pendant plusieurs mois. Les informations obtenues sur les dysfonctionnements des régions du cerveau de patients déprimés et résistant aux traitements usuels sont également utilisées pour guider de nouvelles méthodes thérapeutiques.

La schizophrénie

La schizophrénie est une maladie mentale chronique débutant chez l'adolescent, se caractérisant par un retrait social, des délires et des hallucinations. La TEP et l'IRM ont démontré la présence d'altérations des régions impliquées dans la sélection d'informations conscientes. Une mesure des interactions de médicaments, habituellement utilisés dans cette affection, avec les récepteurs cérébraux de la dopamine, permet de mieux connaître les doses utiles, de préciser les régions du cerveau jouant un rôle dans l'effet thérapeutique ou dans les effets indésirables. Ces recherches sont utiles au développement de médicaments antipsychotiques.

En cancérologie

La médecine nucléaire qui utilise principalement deux techniques d'imagerie isotopique connaît actuellement une expansion remarquable dans le domaine de la cancérologie.

La scintigraphie utilise des radiotraceurs émetteurs d'un seul photon détecté à l'aide de gamma-caméras.

L'innovation thérapeutique

Dans le domaine de l'innovation thérapeutique, l'usage de la TEP réduit considérablement les délais d'autorisation de mise sur le marché et diminue d'autant les coûts de développement de nouveaux médicaments. Par exemple, il aura fallu huit ans et plusieurs milliers de patients pour fixer, par des méthodes conventionnelles, la posologie et les doses limites d'un médicament contre la schizophrénie. Par tomographie par émission de positons, ces essais n'ont nécessité que onze patients et quelques jours pour aboutir à un résultat équivalent et même plus précis.

La tomographie par émission de positons propose une méthode unique pour étudier le mécanisme d'action d'un médicament directement chez l'homme. Le traceur choisi peut être le principe actif du médicament ou un paramètre physiologique représentatif de l'impact qu'il peut avoir. Ces études aident à l'établissement des futures posologies. Cependant, bien avant l'établissement de ces posologies, c'est-à-dire dès les premières phases de découverte et de développement du médicament, la TEP se révèle déjà un outil précieux et permet d'estimer, dès les premiers essais, la distribution du médicament ainsi que sa faculté à agir sur une cible prédéterminée. Ces études évitent très tôt le développement de médicaments aux effets indésirables trop nombreux résultant d'une mauvaise localisation du principe actif. Dans une phase plus avancée de développement, le mécanisme d'action du médicament chez le sujet sain et chez le malade est évalué pour vérifier le concept pharmacologique du composé. Enfin, lorsque des marqueurs spécifiques d'une pathologie existent, l'efficacité du médicament peut être mesurée avec précision avant l'autorisation de mise sur le marché. La TEP a ainsi permis de confirmer l'efficacité de traitements médicamenteux visant à ralentir ou à stabiliser l'évolution de la maladie de Parkinson. C'est dans le domaine des médicaments agissant sur le cerveau que l'avancée procurée par la TEP a été la plus spectaculaire ces dernières années.

Autres applications

Les Neurosciences ont également trouvé des applications dans des domaines autres que biologiques, médicaux ou thérapeutiques :

Le Centre d'analyse stratégique s'intéresse aux « Neurosciences et politiques publiques » à travers trois thèmes principaux (déterminants de la crise financière, prévention en santé publique, justice et loi) faisant l'objet de publications et demanifestations.

Le programme « Neurosciences et politiques publiques » a pour but de déterminer comment les sciences du cerveau peuvent apporter un éclairage nouveau pour les politiques publiques, dont un enrichissement épistémologique et une démonstration expérimentale de leurs fondements empiriques.

Une nouvelle terminologie a vu le jour; après la neuropédagogie du Dr Chauchard, on trouve maintenant la neuroéducation, ou la neuroscience de l'éducation, qui nous est décrite comme débouchant sur des connaissances précieuses et neuves, qui permettent d'informer politiques et pratiques éducatives.

Les recherches sur le cerveau apportent des éléments neuroscientifiques importants qui permettent de favoriser l'apprentissage tout au long de la vie: loin de soutenir l'idée qu'il faut surtout éduquer les jeunes, même s'il est vrai que ceux-ci disposent d'un fabuleux potentiel d'apprentissage, les neurosciences ont montré que l'apprentissage se fait tout au long de la vie, et que plus on continue d'apprendre, mieux on apprend.

L'étude des neurosciences a aussi permis d'établir que tout apprentissage musical requiert le développement de l'image sonore bien avant celui de l'image motrice.

Les neurosciences intéressent également les militaires. Ce n'est pas exclusivement aux ennemis et opposants qu'est destinée l'application sécuritaire des neurosciences. En Irak, les Etats-Unis et leurs alliés utilisent des drogues permettant d'améliorer la vigilance de leurs soldats. Dans un avenir proche, nous verrons des troupes partir au combat chargées de médicaments accroissant leur agressivité, ainsi que leur résistance à la peur, à la douleur et à la fatigue. La suppression des souvenirs est un des objectifs à portée de main de la pharmacologie ; ce n'est plus de la science-fiction que d'envisager, sur le champ de bataille, un personnel militaire au sentiment de culpabilité supprimé par des drogues, et protégé du stress post-traumatique par un effacement sélectif de la mémoire.

Les Neurosciences font également l'objet de débats dans le milieu judiciaire. Aux Etats-Unis, des images cérébrales commencent à être présentées durant les plaidoiries. Pourtant, la méthode n'est pas suffisamment fiable pour qu'un scanner soit utilisé comme élément de preuve à charge ou à décharge.

Les techniques modernes d'imagerie cérébrale et, plus généralement, les neurosciences ont-elles une place dans les procédures judiciaires ? Plusieurs pays ont déjà répondu positivement à la question en recourant à ces méthodes pour vérifier la véracité des propos tenus par un accusé ou évaluer son degré de responsabilité. En France, où les neurosciences n'ont pas encore franchi les portes des tribunaux, le sujet reste sensible, tant pour des raisons de fiabilité scientifique que pour des questions d'ordre éthique. Le débat ne date pas d'hier. Les premiers polygraphes, ou détecteurs de mensonges, ont été développés aux Etats-Unis au début des années 1920. Rapidement, leur fiabilité a été contestée, les scientifiques soulignant que les mesures chimiques, physiologiques ou électriques réalisées par ces appareils pouvaient traduire des émotions liées à d'autres comportements que le mensonge (à commencer par le stress de l'examen). La Cour suprême américaine a finalement interdit les polygraphes en 1988, mais des pays comme le Canada les utilisent toujours. Surtout, des détecteurs de mensonge de nouvelle génération apparaissent, qui font appel aux techniques modernes d'imagerie comme les IRM fonctionnelles.