Sciences dessus dessous

Jeudi 21 juillet 2016 | Mise en ligne à 16h12 | Commenter Commentaires (21)

Cerveau : cartographier l’inconnu

Je ne sais trop si c’est parce qu’on ne sait toujours presque rien sur le cerveau ou si c’est le signe qu’on en sait peut-être long, mais que le sujet est tellement complexe qu’on est condamné à l’effleurer. Toujours est-il qu’à chaque fois qu’une grosse percée est publiée sur le cerveau, j’ai toujours la même réaction, double et contradictoire : «Wow, quelle époque formidable, on progresse vite !», en même temps que «Jee, on ignore encore tout ça ?»

Et c’est en plein ce que m’a fait penser cette (par ailleurs magnifique) étude parue hier dans Nature, qui a produit la «carte» du cerveau la plus détaillée que l’on possède à ce jour. Et qui montre que l’on n’a identifié jusqu’à présent moins de la moitié des différentes «zones» du cerveau…

Comme on le sait, le cerveau est divisé entre différentes parties qui sont spécialisées dans certains types de tâche — parfois étonnamment pointus. Par exemple, le siège de l’abstraction, de la planification, etc, est situé à l’avant. Une autre zone, l’aire de Broca, gère la production du langage. Une autre encore, l’aire de Wernicke, s’occupe de comprendre ce que les autres nous disent. Deux autres petites régions voisines se chargent de reconnaître les visages humains. Et ainsi de suite.

On avait ainsi une liste de 83 aires cérébrales, mais leur «cartographie» laissait encore pas mal d’espaces dont la fonction restait à éclaircir et les seules cartes que l’on possédait avait été réalisées en n’utilisant qu’un seul paramètre pour tracer les «frontières» entre les zones. Une équipe américaine menée par les neurochercheurs Matthew Glasser et David Van Essen, de l’Université Washington, à St Louis, a donc décidé de refaire le travail, mais avec quatre paramètres au lieu d’un seul.

Grâce aux données colligées sur 210 adultes en santé dans le cadre du projet Connectome, ils ont cartographié en détail les connections entre les différentes parties du cerveau, leur contenu en myéline (une substance qui recouvre une partie des neurones et qui accélère la transmission des signaux nerveux), leur topographie et leur fonction (quelles zones exactes s’activent lors que X ou Y tâche). En «traçant des lignes» aux endroits où deux ou plus de ces paramètres changeaient soudainement, les chercheurs ont délimité un total de 180 aires différentes. Soit 97 de plus que les 83 que l’on connaissait — à la fois fascinant et décourageant.

Fait intéressant, la technique développée pour produire cette carte pourrait s’avérer très, très utile dans de nombreux projets de recherche futurs. En effet, les aires ne sont pas forcément toutes de la même taille, ni toutes très exactement aux mêmes endroits d’un individu à l’autre, ni ne sont reliées tout à fait de la même manière au reste du cerveau. Ces différences peuvent avoir des conséquences sur les talents/limitations d’une personne et sur sa santé mentale.

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(Photo : AP, archives Le Soleil)

(Photo : AP, archives Le Soleil)

Fascinant exercice que celui auquel s’est livré tout récemment une équipe de chercheurs néerlandais : donner de l’érythropoïétine, le fameux EPO qui a détruit les carrières/images publiques de Lance Armstrong et de Geneviève Jeanson (notamment), à des cyclistes bien entraînés pendant 8 semaines, puis comparer leurs performances avec celles d’un groupe qui n’a reçu qu’un placebo… Et constater que ce célèbre produit dopant n’est peut-être pas si dopant que cela, finalement.

Disons-le tout de suite, l’étude en question n’a pas encore été publiée dans une revue savante, n’ayant fait l’objet que d’un reportage sur le site de Science. On se gardera donc une petite gêne, ou même une grosse si vous voulez, avant de tirer des conclusions générales à partir de ça. Mais alors que le Tour de France s’achève et que les Jeux de Rio approchent, cela peut amener un éclairage intéressant (bien que partiel), il me semble, sur la nature du dopage et sur ce qui fait ou défait une performance athlétique. Approchons…

L’EPO est une substance que le corps humain sécrète naturellement et qui induit la production de globules rouges dans la moelle osseuse. Comme c’est cette partie du sang qui porte l’hémoglobine — la protéine qui capte et transporte l’oxygène —, on s’en sert pour traiter l’anémie. Et pour la même raison, dès la mise en marché de l’EPO de synthèse, dans les années 80, des athlètes d’endurance se sont dit grosso modo ce qui suit : si je prends de l’EPO, mon sang pourra transporter plus d’oxygène et je pourrai courir/pédaler/nager plus vite, plus longtemps.

À vue de nez, c’est un raisonnement qui se tient tout à fait bien debout. On a une prémisse (l’EPO stimule la production de globules rouges) qui est vrai, un mécanisme d’action (les globules rouges transportent l’oxygène) qui l’est tout autant, alors l’effet attendu sur la performance doit forcément se produire, non ? La communauté athlétique, en tout cas, fut manifestement convaincue : dès le début des années 90, l’EPO était utilisé en cyclisme de haut niveau ainsi que dans d’autres disciplines demandant de l’endurance, et le restait toujours aux dernières nouvelles.

Mais voilà, si des études ont clairement démontré que l’EPO accroît le VO2max (quantité maximale d’oxygène que le corps est capable d’intégrer et d’utiliser par unité de temps et de poids) et l’endurance de gens ordinaires, ce n’est pas nécessairement le cas chez des athlètes de pointe. Ceux-ci tendent en effet à augmenter leur VO2max pendant leurs premières années d’entraînement, puis celui-ci commence à stagner — mais leurs performances, elles, continuent de s’améliorer. Alors il y a d’autres choses…

Curieusement, il y a très peu d’études à propos de l’effet des produits dopants sur les performances finales, dans la «vraie vie», a constaté l’équipe d’Adam Cohen, directeur du Centre de recherche sur les drogues humaines de Leiden, aux Pays-Bas. En général, ce genre d’étude se concentre sur une mesure intermédiaire, habituellement le VO2max, mais ne mesure pas l’effet sur les performances (alors que c’est ce qui est supposé compter), ou ne le fait que sur d’infimes échantillons et/ou sur des gens peu entraînés. Alors M. Cohen a sélectionné 48 cyclistes de haut niveau (sans être des professionnels, toutefois) et les a aléatoirement assigné à deux traitements : recevoir un placebo pendant 8 semaines, ou recevoir de l’EPO. Tout ce beau monde fut astreint à 7 tests d’endurance en labo, puis à un dernier en conditions réelles, soit un parcours de 130 km de vélo qui se terminait par l’ascension du mythique Mont Ventoux.

Résultat : les cyclistes ont mis environ 1 heure et quart à gravir le col et ceux qui avaient pris de l’EPO n’ont pas fait mieux que les autres — ils furent plus lents par 38 secondes, en moyenne. Notons que la même équipe de chercheurs a trouvé en 2013, au terme d’une revue de la littérature scientifique, que la preuve n’avait jamais été faite que l’EPO améliorait les performances d’athlètes de pointe.

Cela heurte le sens commun, bien sûr, mais la revue de lité est très intéressante à cet égard. Un VO2max exceptionnel est, certes, une condition préalable absolument incontournable pour pratiquer n’importe quel sport d’endurance à un haut niveau, mais cela ne reste tout de même qu’un facteur parmi d’autres. La technique compte pour beaucoup, de même que des choses comme le «seuil lactique» — point à partir duquel un effort devient insoutenable, au sens où il envoie plus d’acide lactique dans le sang que ce que le corps peut en éliminer. Sans compter le fameux «mental»… Ce sont ces choses-là qui continuent de s’améliorer quand le VO2max plafonne, écrivent Cohen et al.

Remarquez, rien de tout cela n’excuse le comportement d’un Lance Armstrong ou d’une Geneviève Jeanson, deux athlètes qui ont avoué s’être dopés à l’EPO. Toute compétition a ses règlements et ceux qui les enfreignent doivent être punis, ou même exclus s’il le faut. Quitte à le faire sur une base collective s’il s’avère qu’un système national de tricherie a été mis sur pied. Si l’on ne sévit pas contre ceux qui enfreignent les règles, l’idée même de la compétition perd tout son sens.

Mais cela montre quand même une ou deux petites choses pertinentes sur le doping, et vous me direz bien ce que vous en pensez. D’abord, une performance athlétique est le résultat de plusieurs choses différentes, pas d’un seul facteur comme le taux de globules rouges dans le sang. Il y a assurément des disciplines où certaines substances ont un réel effet sur les performances, je ne dis pas le contraire, mais l’avantage compétitif n’est pas toujours aussi clair qu’on le croit, au point d’être parfois inexistant.

Et dans la même veine : le corps humain est une machine extrêmement complexe. Améliorez-en artificiellement un aspect précis, rien ne vous dis que vous n’en diminuerez pas une autre caractéristique par ailleurs. Or les produits dopants se propagent bien avant que des études valident (ou non) leurs effets sur les athlètes. Ils sont mis au point pour d’autres raisons, habituellement médicales, et l’on déduit leurs «vertus» sportives à partir de données qui n’ont absolument pas été produites pour ça. Les tricheurs partent donc d’une information partielle et extrapolent sans rien savoir d’effets secondaires potentiellement nuisibles. Ainsi, si les stéroïdes anabolisants augmentent la masse musculaire et la force, ils rendent aussi le corps plus dense et moins souple ; pour un nageur, par exemple, la puissance est manifestement très utile, surtout sur de courtes distances, mais si cela force à déplacer plus d’eau parce que la masse nuit à la flottabilité et si cela empêche de nager avec une technique optimale pour des raisons de souplesse, cela n’aide guère.

De même, l’EPO rend le sang plus épais, et si celui-ci circule moins bien, il remplit moins bien son rôle de porteur d’oxygène — on peut donc s’attendre à ce que ses effets positifs plafonnent à un moment donné.

Bref, continuons de traquer les tricheurs et de les sanctionner. Mais gardons aussi à l’esprit que tout n’est pas aussi noir et blanc que dans des slogans accrocheurs tels que «tous dopés» et «sans stéro, pas de médaille».

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Vendredi 15 juillet 2016 | Mise en ligne à 15h10 | Commenter Commentaires (7)

La valeur des pierres «pas-précieuses»…

Un morceau de carletonite, un cristal qu'on ne trouve qu'au Mont Saint-Hilaire. (Photo : gracieuseté Olivier Rabeau)

Un morceau de carletonite, un cristal qu'on ne trouve qu'au Mont Saint-Hilaire. (Photo : gracieuseté Olivier Rabeau)

Depuis le début de cette histoire de vol de minéraux au Musée René-Bureau de l’Université Laval, il y a un point qui me tracasse. Ce musée-là ne garde pas de diamant, pas d’émeraude, pas de pierres dites «précieuses». C’est un musée de géologie et de paléontologie, pas de joaillerie. Et pourtant, on parle ici et là (à tort ou à raison, remarquez, puisque l’UL ne commente pas cet aspect de la chose) de 20 000 $ dérobés à l’automne et de plusieurs milliers de dollars lors d’un second larcin, commis plus récemment par le même voleur. Alors d’où ces pièces, ces cristaux, tiennent leur valeur ? Qu’est-ce qui fait que des vulgaires «roches» peuvent être à ce point exceptionnelles ?

Le conservateur du musée, Olivier Rabeau, ne veut pas répondre directement à cette question ni parler des morceaux volés. En fait, il a refusé toutes les demandes médiatiques depuis que cette affaire a été ébruitée. Mais il a tout de même accepté de répondre à mes questions, avec le directeur du département de géologie Marc Constantin, sur le fond scientifique de «sa» collection — ce qui permet de se faire une idée plus concrète de ce qui fait la valeur de ces minéraux, e comprendre pourquoi ils méritent une place dans un musée.

Comme vous avez été sages récemment, je reproduis ici l’intégralité de mon entrevue (légèrement modifiée par endroit pour cadrer dans un format questions-réponses) avec eux. Un entretien éclairant à plusieurs égards, d’ailleurs. Bonne lecture !

Q : Qu’est-ce qui peut faire qu’une «roche» est à ce point rare qu’elle devient une pièce de collection ?

Marc Constantin : On pourrait commencer par tous les processus de formation des cristaux (soit l’organisation d’atomes ou de molécules qui suivent un «patron 3D» répétitif, ndlr), à une certaine profondeur et sous des pressions fortes. Il y a des minéraux qui grandissent à partir de magma, donc de la roche liquide très, très chaude, ou à partir de sources thermales, donc des fluides à plus basse température mais quand même chauds par rapport aux température à la surface de la Terre, qui vont transporter des éléments chimiques particuliers. Normalement, les cristaux grandissent dans des cavités. Sinon, quand il manque d’espace, ça veut dire que les cristaux ne peuvent pas croître autant et exprimer toute leur beauté naturelle.

Q : Et on imagine bien qu’en profondeur, sous de très fortes pressions, les grosses cavités doivent être très rares…

MC : Exactement, parce que le poids de la roche au-dessus fait que ça a tendance à se refermer. On parle ici de profondeurs de 1 km au maximum pour qu’il y ait des cavités ou même des grottes, donc c’est relativement proche de la surface.

Olivier Rabeau : Et il y a aussi toute la question de l’abondance des éléments qui forment les minéraux. La croûte terrestre est composée à 99 % d’oxygène, de silice, d’aluminium, de fer, de calcium, de magnésium et de potassium. Tous les autres éléments sont présents, mais à des concentrations pratiquement négligeables, ce sont des traces. Alors ça prend des processus géologiques précis pour concentrer ces éléments-là en certains endroits.

Q : Donc ça prend la conjugaison d’au moins deux phénomènes exceptionnels, soit des cavités malgré la pression et une abondance d’éléments habituellement rares, pour qu’un cristal croisse…

OR : Oui. Et cela prend aussi des températures particulières, la présence d’un flux (par des liquides interstitiels ou du magma) qui transportent les éléments rares vers les sites propices à la cristallisation, et il faut que ces conditions se maintiennent assez longtemps.

Q : Pouvez-vous me donner un exemple concret ?

OR : Il y a un site minéralogique au Québec qui est connu à travers le monde, c’est le Mont Saint-Hilaire. Il fait partie des Montérégiennes, qui sont des intrusions (de magma qui a percé la croûte terrestre et fait «pousser» des montagnes de granit au milieu des basses terres du Saint-Laurent, où ce genre de roche est absent, ndlr) qui sont apparues au Crétacé, donc il y a à peu près 150 millions d’années. Et le Mont Saint-Hilaire, c’était une intrusion qui avait une composition chimique très, très particulière, très riche en sodium et en éléments que l’on dit «incompatibles», donc des éléments qui sont habituellement très rares dans la croûte mais que différents processus ont concentré dans ce magma-là. Et en plus, c’est un magma où il y avait beaucoup de cavités, alors ces minéraux-là ont eu des belles croissances.

Ça fait qu’il y a 400 minéraux répertoriés là-bas, ce qui représente 10 % de la totalité des espèces minérales connues, dont certaines sont uniques au Mont-Saint-Hilaire. Et il y en a aussi qui sont d’une beauté exceptionnelle et qui ont donc une très grande valeur pour les collectionneurs.

MC : Je n’ai pas le chiffre exact, mais on parle ici facilement d’une dizaine de minéraux uniques au monde.

Q : Des minéraux uniques… Par exemple ?

MC : La carletonite, par exemple, a été découverte au Mont-Saint-Hilaire et on n’en trouve nulle part ailleurs. C’est un cristal de couleur bleue (voir photo, ci-haut).

Q : Quand vous dites «minéraux uniques», est-ce qu’il s’agit d’un type de minéral qui existe ailleurs mais dont une «version» est unique au Mont-Saint-Hilaire, ou est-ce vraiment le type de minéral qui n’est présent que là ?

OR : Il y a les deux. Un minéral, c’est une formule chimique spécifique. Il y en a qui sont rares et mais qu’on trouve ailleurs quand même, et il y en a aussi qui sont uniques au MSH.

Q : Et cette carletonite, quelle est sa composition ? Est-ce un mélange de seulement deux ou trois éléments, ou c’est plus complexe que ça ?

OR : C’est relativement complexe. C’est un silicate de potassium, sodium et calcium, avec un ion carbonate qui est hydraté avec des ions OH- et H2O et il y a un peu de fluor aussi. Donc ont parle quand même d’une formule relativement complexe.

Q : Est-ce qu’il en reste encore, de la carletonite au MSH ?

MC : Oui, mais les découvertes se font beaucoup par vague, quand on trouve un emplacement très riche, et ça survient avec l’exploitation de la carrière (de pierre et de concassé qui est active sur un flanc de la montagne, ndlr). C’est dans la carrière qu’ils découvraient beaucoup de géodes (cavité recelant des cristaux, ndlr) il y a quelques dizaines d’années, mais les découvertes sont beaucoup moins fréquentes depuis quelques années et les propriétaires de la carrière sont beaucoup moins chauds à l’idée d’accueillir les minéralogistes amateurs.

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