Science / Un petit ver pour décrypter les mystères de notre cerveau
Avec ses 302 neurones (ici rendus fluorescents en vert), Caenorhabditis elegans constitue un modèle particulièrement simple mais éclairant pour comprendre les mécanismes neurobiologiques. Heiti Paves/Wikimedia Commons, CC BY-SA
La compréhension des mécanismes cérébraux qui sous-tendent notre interaction au monde est l’un des grands objectifs de la communauté scientifique actuelle. Mais celle-ci se heurte naturellement à la complexité du cerveau humain, poussant de nombreux chercheurs à faire un pas de côté en étudiant d’abord ces mécanismes sur des organismes plus simples.
Nathalie Corson, Université Le Havre Normandie et Loïs Naudin, Sorbonne Université
Comme l’affirmait Claude Bernard dans son Introduction à l’étude de la médecine expérimentale (1865) :
« Le choix heureux d’un animal […] suffit souvent pour résoudre les questions générales les plus élevées. »
Et il est des organismes qui se révèlent particulièrement intéressants de ce point de vue : le ver Caenorhabditis elegans (C. elegans). Étudier et modéliser son système nerveux constitue en effet une fenêtre sur le système nerveux des vertébrés, et à terme de l’être humain.
D’environ 1 mm de longueur, le ver C. elegans est un des organismes pluricellulaires les plus simples, en faisant un animal modèle privilégié en biologie. MA Hanson/Wikimedia, CC BY-SA
C. elegans : un ver déjà nobélisé
C. elegans est un nématode devenu star des laboratoires depuis son introduction dans les années 1970 par l’éminent biologiste Sydney Brenner, pionnier de la biologie moléculaire. Ce petit ver, d’une taille de 1,3 mm pour un diamètre de 0,08 mm, vit dans des sols humides, de fines pellicules d’eau, ou encore dans les végétaux en décomposition et se nourrit de micro-organismes. Il n’existe pas de femelle de cette espèce, et la forme hermaphrodite prédomine largement sur le sexe mâle.
Sydney Brenner, visionnaire, voyait en C. elegans un organisme idéal pour l’étude d’importants et divers processus biologiques ayant lieu dans l’ensemble des organismes vivants, même les plus complexes comme l’être humain. L’attribution de deux prix Nobel de médecine ou physiologie (2002 et 2006) et un prix Nobel de chimie (2008) pour des travaux menés sur le ver lui donneront raison. Cependant, aucun de ces prix n’a été obtenu pour des études sur son système nerveux, pourtant très riche, combinant simplicité et complexité.
Un ver petit, mais costaud
La simplicité apparente de son système nerveux a également rapidement fait de lui un organisme idéal pour l’étude des mécanismes physiologiques liés à la génération de comportement. En effet, son système nerveux se compose précisément de 302 neurones, et environ 7000 connexions synaptiques pour sa version hermaphrodite. En comparaison, l’être humain possède environ 100 milliards de neurones, pour une estimation de 10 000 connexions par neurone. Le connectome de C. elegans – l’ensemble des connexions qui s’établissent entre tous les neurones – a été complètement décrit en 1986, et maintes fois actualisé depuis. C’est actuellement le seul organisme au monde pour lequel nous avons de telles informations, complètes et précises.
Pendant ses trois jours de vie, son système nerveux lui permet de se déplacer, manger, dormir, déféquer, se reproduire, etc. Mais il lui permet également la génération d’une grande variété de comportements et de capacités plus riches et complexes : la chimiotaxie (comportement d’attraction ou de répulsion vis-à-vis de substances chimiques), l’apprentissage, le développement de stratégies pour fuir ses prédateurs, ou encore des capacités sociales. Autant de comportements rendus possibles par un cerveau si simple… Simple, mais peut-être qu’en apparence.
En effet, l’étude des composantes microscopiques de son système nerveux révèle une machinerie bien plus complexe et étendue que ce qu’on imaginait initialement. En particulier, on observe de grandes similarités, à différentes échelles, dans le fonctionnement de son cerveau et celui de vertébrés plus complexes dont nous, humains, faisons partie. Cette dernière propriété en fait une petite fenêtre idéale sur l’étude du système nerveux des vertébrés. Si les outils classiques de la biologie permettent l’exploration de ces caractéristiques, la modélisation et les simulations informatiques peuvent aussi jouer un rôle crucial dans leur compréhension.
Un défi de modélisation pas aussi simple qu’il n’y paraît
La modélisation à laquelle nous nous intéressons consiste à construire des équations pour reproduire le comportement des neurones du ver. La modélisation consiste toujours en un jeu de compromis entre réalisme et simplicité. Le modèle se doit d’être réaliste vis-à-vis du phénomène, ou d’un ensemble de ses caractéristiques jugées pertinentes, que nous essayons de décrire. Cette correspondance du modèle à la réalité dépend notamment de l’échelle à laquelle on se place. Plus l’échelle est fine, et plus cela nécessite des données précises, parfois techniquement difficiles à obtenir. Mais il se doit aussi d’être assez simple pour permettre son étude et sa simulation informatique afin de pouvoir dégager des prédictions, sans quoi le modèle serait inutile.
Dans le cas qui nous intéresse, l’idée est de construire des modèles fidèles à la physiologie des neurones. Les neurones étant des cellules, le milieu intracellulaire est séparé du milieu extracellulaire par une membrane imperméable. Imperméable ? Pas tout à fait. En effet, de petits canaux situés tout le long du neurone permettent à certaines particules chargées (des ions) de circuler entre l’intérieur et l’extérieur du neurone. C’est le mouvement de ces ions qui est à l’origine de l’activité électrique d’un neurone. Traduire cette activité en langage mathématique passe donc par la description des déplacements de ces ions de part et d’autre de la membrane.
Dans le cas des neurones de C. elegans, l’une des difficultés vient du manque de connaissance des ions impliqués, les particules chargées qui circulent entre l’intérieur et l’extérieur du neurone et responsables du signal électrique. Ce problème vient en grande partie de la petite taille des neurones et de la difficulté à disséquer un ver d’un millimètre de long sans le tuer. Sans informations précises sur les composantes responsables du comportement d’un neurone, la tâche de modélisation de son comportement en devient ainsi immédiatement plus ardue. Une façon d’outrepasser ces difficultés est de développer des algorithmes informatiques et des méthodologies mathématiques permettant de déterminer hypothétiquement certains ions impliqués, rendant ainsi possible la construction du modèle. Ces développements ont fait l’objet d’une thèse au laboratoire de mathématiques appliquées du Havre (LMAH).
Construire des modèles de ce type nécessite de passer par différentes étapes, depuis les laboratoires de neurophysiologie jusqu’à ceux de mathématiques qui peuvent demander des mesures spécifiques. Il faut donc concevoir les manipulations sur les vers permettant de déterminer un minimum de paramètres nécessaires pour la construction des modèles. Ainsi, un travail de modélisation de ce type nécessite fondamentalement un travail interdisciplinaire dans lequel sont impliqués des chercheurs de différentes disciplines (neurophysiologie, mathématiques, informatique). Comme l’écrit si bien Alexandre Grothendieck, considéré comme l’un des plus grands mathématiciens du XXe siècle, dans son journal intime Récoltes et Semailles,
« C’est dans la mesure où se conjuguent les points de vue complémentaires d’une même réalité, où se multiplient nos “yeux”, que le regard pénètre plus avant dans la connaissance des choses. »
Aujourd’hui, où en est-on ?
Malgré les difficultés à disséquer les neurones de ce petit ver, il nous a été possible de recueillir certaines données précises sur le fonctionnement de ses neurones grâce à des mesures réalisées par des neurophysiologistes de l’université Rockefeller.
Une partie des neurones du ver C. elegans est maintenant modélisée assez précisément. Cette étape de modélisation des neurones est nécessaire pour avancer dans la compréhension du fonctionnement du système nerveux. Elle n’est cependant pas suffisante, car c’est finalement l’interaction entre ses différents neurones et l’environnement qui détermine les comportements macroscopiques du ver et auquel s’intéresse la communauté scientifique.
Ainsi, d’autres chercheurs travaillent sur la modélisation du comportement du ver, mais sans tenir compte des éléments biologiques à l’échelle des neurones. Il reste donc à construire un modèle intégrant ces différentes échelles : partir des comportements des neurones à l’échelle microscopique pour reproduire les comportements observables du ver à l’échelle macroscopique.
Nathalie Corson, Maîtresse de conférences en mathématiques appliquées, Université Le Havre Normandie et Loïs Naudin, post doctorant en neurosciences computationnelles, Sorbonne Université
Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.
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Ce petit ver, d’une taille de 1,3 mm pour un diamètre de 0,08 mm, vit dans des sols humides, de fines pellicules d’eau, ou encore dans les végétaux en décomposition et se nourrit de micro-organismes. Il n’existe pas de femelle de cette espèce, et la forme hermaphrodite prédomine largement sur le sexe mâle.</p> <p>Sydney Brenner, visionnaire, voyait en <em>C. elegans</em> un organisme idéal pour l’étude d’importants et divers processus biologiques ayant lieu dans l’ensemble des organismes vivants, même les plus complexes comme l’être humain. L’attribution de deux prix Nobel de médecine ou physiologie (2002 et 2006) et un prix Nobel de chimie (2008) pour des travaux menés sur le ver lui donneront raison. Cependant, aucun de ces prix n’a été obtenu pour des études sur son système nerveux, pourtant très riche, combinant simplicité et complexité.</p> <h3>Un ver petit, mais costaud</h3> <p>La simplicité apparente de son système nerveux a également rapidement fait de lui un organisme idéal pour l’étude des mécanismes physiologiques liés à la génération de comportement. En effet, son système nerveux se compose précisément de 302 neurones, et environ 7000 connexions synaptiques pour sa version hermaphrodite. En comparaison, l’être humain possède environ 100 milliards de neurones, pour une estimation de 10 000 connexions par neurone. Le connectome de <em>C. elegans</em> – l’ensemble des connexions qui s’établissent entre tous les neurones – a été complètement décrit en 1986, et maintes fois actualisé depuis. 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En particulier, on observe de grandes similarités, à différentes échelles, dans le fonctionnement de son cerveau et celui de vertébrés plus complexes dont nous, humains, faisons partie. Cette dernière propriété en fait une petite fenêtre idéale sur l’étude du système nerveux des vertébrés. Si les outils classiques de la biologie permettent l’exploration de ces caractéristiques, la modélisation et les simulations informatiques peuvent aussi jouer un rôle crucial dans leur compréhension.</p> <h3>Un défi de modélisation pas aussi simple qu’il n’y paraît</h3> <p>La modélisation à laquelle nous nous intéressons consiste à construire des équations pour reproduire le comportement des neurones du ver. La modélisation consiste toujours en un jeu de compromis entre réalisme et simplicité. Le modèle se doit d’être réaliste vis-à-vis du phénomène, ou d’un ensemble de ses caractéristiques jugées pertinentes, que nous essayons de décrire. 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Ces développements ont fait l’objet d’une <a href="https://theses.hal.science/tel-03580037v1/document">thèse</a> au laboratoire de mathématiques appliquées du Havre (LMAH).</p> <p>Construire des modèles de ce type nécessite de passer par différentes étapes, depuis les laboratoires de <a href="https://theconversation.com/fr/topics/neurosciences-20430">neurophysiologie</a> jusqu’à ceux de mathématiques qui peuvent demander des mesures spécifiques. Il faut donc concevoir les manipulations sur les vers permettant de déterminer un minimum de paramètres nécessaires pour la construction des modèles. Ainsi, un travail de modélisation de ce type nécessite fondamentalement un travail interdisciplinaire dans lequel sont impliqués des chercheurs de différentes disciplines (neurophysiologie, mathématiques, informatique). Comme l’écrit si bien Alexandre Grothendieck, considéré comme l’un des plus grands mathématiciens du XX<sup>e</sup> siècle, dans son journal intime <em>Récoltes et Semailles</em>,</p> <blockquote> <p>« C’est dans la mesure où se conjuguent les points de vue complémentaires d’une même réalité, où se multiplient nos “yeux”, que le regard pénètre plus avant dans la connaissance des choses. »</p> </blockquote> <h3>Aujourd’hui, où en est-on ?</h3> <p>Malgré les difficultés à disséquer les neurones de ce petit ver, il nous a été possible de recueillir certaines données précises sur le fonctionnement de ses neurones grâce à des mesures réalisées par des neurophysiologistes de l’université Rockefeller.</p> <p>Une partie des neurones du ver <em>C. elegans</em> est maintenant <a href="https://hal.science/hal-03351604/document">modélisée assez précisément</a>. Cette étape de modélisation des neurones est nécessaire pour avancer dans la compréhension du fonctionnement du système nerveux. Elle n’est cependant pas suffisante, car c’est finalement l’interaction entre ses différents neurones et l’environnement qui détermine les comportements macroscopiques du ver et auquel s’intéresse la communauté scientifique.</p> <p>Ainsi, d’autres chercheurs travaillent sur la modélisation du comportement du ver, mais sans tenir compte des éléments biologiques à l’échelle des neurones. Il reste donc à construire un modèle intégrant ces différentes échelles : partir des comportements des neurones à l’échelle microscopique pour reproduire les comportements observables du ver à l’échelle macroscopique.<img src="https://counter.theconversation.com/content/221156/count.gif?distributor=republish-lightbox-basic" alt="The Conversation" width="1" height="1" /></p> <hr /> <p> </p> <h4><span><a href="https://theconversation.com/profiles/nathalie-corson-1361444">Nathalie Corson</a>, Maîtresse de conférences en mathématiques appliquées, <em><a href="https://theconversation.com/institutions/universite-le-havre-normandie-2207">Université Le Havre Normandie</a></em> et <a href="https://theconversation.com/profiles/lo-s-naudin-1361726">Loïs Naudin</a>, post doctorant en neurosciences computationnelles, <em><a href="https://theconversation.com/institutions/sorbonne-universite-2467">Sorbonne Université</a></em></span></h4> <h4>Cet article est republié à partir de <a href="https://theconversation.com">The Conversation</a> sous licence Creative Commons. 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Les «bons airs» qui soufflent sur la ville depuis le Río de la Plata continuent certes à faire disparaître les gaz d'échappement le plus rapidement possible, mais Buenos Aires s'enfonce de plus en plus dans le chaos du trafic. Et l'Argentine attend.</p> <h3>Un calme tendu</h3> <p>A l'instar du tango, que l'on peut qualifier de passion contrôlée, la population argentine semble pour l'instant s'arrêter et attendre le prochain pas de côté. Les uns avec appréhension, les autres dans l'attente fébrile de ce que le président Javier Milei fera ensuite. La «tronçonneuse», comme il se définit lui-même, ayant déjà annoncé avant son entrée en fonction le 10 décembre dernier qu'il entendait mettre l'Etat argentin en pièces.</p> <p>Milei est un partisan de l'école autrichienne d'un néolibéralisme extrême (Ludwig von Mises, Friedrich August von Hayek) et défend un anarcho-capitalisme couplé à une attitude populiste et conservatrice en matière de valeurs. Il s'inscrit parfaitement dans une galerie de chefs de gouvernement qui s'étend de Donald Trump à Jair Bolsonaro, Giorgia Meloni et Victor Orban, en passant par Nayib Bukele (Salvador) et Daniel Naboa (Equateur). Avec sa coalition ultra-droite et libertaire La Libertad Avanza (La Liberté avance), il promet de sortir l'Argentine de la crise économique qui la frappe depuis plus de vingt ans.</p> <p>Pour cela, tous les moyens sont bons. Son mouvement étant en minorité au Congrès avec 38 députés sur 257, il souhaite faire passer par décret un ensemble de lois, la «Ley Ómnibus». Sur les 664 lois initiales, il n'en reste plus que 279 en raison de la résistance de l'opposition. Milei est tributaire du soutien d'autres partis, notamment du PRO (Propuesta Republicana) de l'ancien président Mauricio Macri. 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Milei espère que ce «coup de pouce» lui permettra d'éviter la faillite imminente de l'Etat, de maîtriser l'inflation galopante et de redevenir ainsi attractif pour la Banque mondiale, le Fonds monétaire et les investisseurs privés.</p> <p>Milei a déjà taillé son gouvernement à la «tronçonneuse»: il a réduit de moitié le nombre de ministères, passant de 18 à 9, et ceux qui avaient une importance centrale pour l'opposition ont été supprimés ou transférés dans d'autres. Ainsi, les ministères de l'Environnement et du Développement durable, de la Culture, des Femmes, du Genre et de la Diversité ont notamment disparu. Fin mars, 70'000 fonctionnaires au total avaient été licenciés. La prestigieuse université de Buenos Aires (UBA) est menacée de coupes massives, les hôpitaux de coupes radicales dans leurs budgets.</p> <h3>Mendiants et sans-abri</h3> <p>L'Argentine a longtemps été considérée comme une lueur d'espoir en Amérique latine. De nombreux jeunes du Pérou, de Colombie, de Bolivie ou du Paraguay se sont installés au pays des <em>gaúchos</em> pour tenter leur chance, faire des études et se construire un avenir. Actuellement, le mouvement migratoire va dans l'autre sens: de nombreux étrangers quittent le pays, même les Vénézuéliens qui voulaient échapper au désespoir retournent dans leur pays d'origine, car ils ne voient pas d'avenir en Argentine.</p> <p>Je n'ai jamais vu autant de mendiants et de sans-abri dans les rues de Buenos Aires qu'en ce moment. On me demande régulièrement si je n'ai pas de <em>moneda</em>. Alors que le terme «monnaie» est un vestige des temps anciens, car en ce moment, même les billets de cent francs ne suffisent pas pour s'acheter un petit pain. Le taux d'inflation annuel en Argentine a dépassé les 270% en mars et est l'un des plus élevés au monde. 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Parmi les chômeurs, la situation des jeunes est particulièrement dramatique: en l'espace d'un an, leur nombre a triplé, faisant de l'Argentine le dernier pays d'Amérique du Sud en la matière.</p> <p>La monnaie nationale, le peso, a perdu deux tiers de sa valeur en un an. Une véritable jungle de taux de change s'est développée pour échanger des pesos; il existe au moins six taux différents, selon que l'on change dans la rue, dans un bureau de change, dans une banque ou via Western Union, selon que l'on a besoin de pesos en tant que touriste ou propriétaire d'un commerce.</p> <h3>Attendre et boire du maté</h3> <p>A la question de savoir pourquoi les gens ne sont pas descendus dans la rue face à cette situation, on entend toujours la réponse suivante: «Attendons de voir si Milei peut mettre son projet à exécution». Beaucoup de gens espèrent encore que les coupes budgétaires pourraient finalement mettre un terme, certes douloureux mais durable, à la crise sans fin des 20 dernières années. Beaucoup ont déjà oublié les ajustements structurels radicaux des années 1980 et voient en Milei le <em>mal menor</em>, le moindre mal. Ils en ont assez d'une élite – libérale de gauche ou conservatrice de droite, selon les cas – sans cesse éclaboussée par la corruption et qui n'a pas résolu les véritables problèmes du pays.</p> <p>A l'instar de Trump aux Etats-Unis, Milei est même considéré comme porteur d'espoir par les pauvres et les démunis, même s'ils doivent lutter pour leur survie. La «tronçonneuse» devrait pourtant accomplir sa mission le plus rapidement et le plus efficacement possible, même si cela s'annonce douloureux à court terme. L'opposition, en revanche, voit la démocratie menacée et craint un déclin inexorable de la fière nation.</p> <p>Mais il demeure des choses dont personne ne se prive en Argentine d'être fier: le football, le pape François et l'omniprésent maté, ce thé âpre que les Argentins sirotent avec délectation avec une paille métallique.</p> <hr /> <h4><sup>1</sup>Le rédacteur en chef Josef Estermann, collaborateur régulier d<em>'Infosperber</em>, a vécu et travaillé pendant 17 ans au Pérou et en Bolivie. 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Mais rien ne permet d’abandonner l’idée que la parole reste « le propre de l’homme », c’est-à-dire la capacité à articuler avec sa bouche des sons distinctifs qui peuvent se combiner à l’infini pour donner une infinité de sens.</p> <p>C’est sans doute à cette spécificité que la question de l’émergence de la parole dans l’évolution humaine doit d’être restée à travers les âges au cœur de recherches dans le domaine de la philosophie, de la linguistique et, plus récemment, de l’éthologie, de la psychologie et des neurosciences. 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Nos travaux visent à contribuer à ces débats, en étudiant si les capacités des hominines fossiles (les Néandertaliens qui sont proches de nous comme leurs ancêtres, les H. heidelbergensis datant de 500 000 ans voire les Australopithèques qui sont beaucoup plus anciens et appartiennent à un autre genre) leur permettaient d’articuler suffisamment de sons distinctifs pour constituer la base du langage parlé.</p> <h3>Depuis quand peut-on articuler ?</h3> <p>Sur le plan physique, c’est l’usage de la bouche qui est au cœur de la capacité à parler. <a href="https://www.youtube.com/watch?v=XVE4B6TxlfM">Le célèbre ethnologue français André Leroi-Gourhan</a> (1911-1986) voyait dans le passage de la quadrupédie à la bipédie une étape essentielle dans l’émergence du langage parlé : permettant l’usage de la main pour des gestes de préhension jusqu’alors effectués par la bouche, la bipédie a « libéré » la mandibule, les lèvres et la langue pour leur permettre d’exécuter un répertoire gestuel riche et structuré, capable de transmettre le langage via le son.</p> <p>Quand est apparue la capacité physique à articuler des sons distinctifs ? C’est lorsque l’ensemble de cartilages marqué par la pomme d’Adam, qu’on appelle le larynx, est suffisamment descendu dans le cou, répondit le <a href="https://www.science.org/doi/10.1126/science.164.3884.1185">chercheur américain Philip Lieberman</a> (1934-2022) dans le journal Science en 1969. Cette descente du larynx aurait, selon lui, offert à la langue un espace vertical nouveau, suffisamment large pour qu’elle puisse se déformer, se bomber ou s’aplatir pour générer une variété de formes et de sons appropriée à la richesse combinatoire du langage.</p> <p>Cette hypothèse, qui a fonctionné pendant plusieurs décennies, en sclérosant quelque peu la recherche dans ce domaine, a depuis lors été fortement contestée. Le chercheur <a href="https://theconversation.com/la-parole-ne-serait-pas-apparue-avec-homo-sapiens-et-ce-sont-les-singes-qui-nous-le-disent-128708">Louis-Jean Boë et ses collègues</a> ont en effet montré que les cris de babouins, dont le larynx est élevé et la langue plate, contiennent des sons proches du « a », du « ou » et du « i », les trois voyelles qui constituent la base fondamentale des systèmes vocaliques des langues du monde.</p> <p>De même, Fitch, pourtant disciple de Lieberman, et ses collègues, <a href="https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1600723">dans un article paru dans <em>Science Advances</em> en 2016</a>, ont montré, à partir de radiographies de la gueule de macaques au cours de la déglutition, que malgré leur larynx élevé, ces primates pouvaient générer des formes de langue compatibles avec la production de voyelles suffisamment variées et distinctes pour constituer les bases sonores d’un langage parlé. La descente du larynx ne semble donc pas constituer un marqueur fiable de l’émergence de la capacité physique à parler au cours de l’évolution humaine, et le mystère reste entier.</p> <p>Pour tenter de le percer, notre projet <a href="https://iscd.sorbonne-universite.fr/research/sponsored-junior-teams/origins-of-speech/">« Origins of Speech »</a>, s’est proposé d’élaborer des modèles biomécaniques de langue d’humains fossiles.</p> <p>Un modèle biomécanique est un modèle numérique, sur ordinateur, qui représente une partie du corps humain, avec son anatomie, ses structures osseuses, ses tissus mous, ses muscles, et est capable de rendre compte des mécanismes physiques qui régissent leurs mouvements et leurs déformations sous l’action d’activations musculaires. Pour la langue, de tels modèles permettent d’étudier comment les muscles linguaux influencent la forme et la position de la langue dans la bouche. Ainsi, pour les fossiles, ces modèles offriraient la possibilité d’étudier, quantitativement et systématiquement, leur capacité à produire des sons de parole.</p> <h3>Prédire la langue des humains fossiles à partir des os de la tête</h3> <p>Mais sur quoi s’appuyer pour élaborer de tels modèles ? Aucune donnée anatomique n’existe. En effet, les tissus mous de langue, des parois de la bouche, et du visage ne fossilisent pas. Seuls restent les os, plus ou moins abîmés par les sévices du temps.</p> <p>C’est l’idée originale de notre projet, présentée dans <a href="https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1011808">notre article récent</a> publié dans le journal <em>PLoS Computational Biology</em> porté par les jeunes chercheurs de notre équipe, Pablo Alvarez, Marouane El Mouss et Maxime Calka.</p> <h4><a href="https://images.theconversation.com/files/590916/original/file-20240429-20-zn36pe.png?ixlib=rb-4.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img src="https://images.theconversation.com/files/590916/original/file-20240429-20-zn36pe.png?ixlib=rb-4.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" alt="" /></a><em><span>Processus permettant la génération d’un modèle biomécanique de langue de babouin par la transformation d’un modèle de référence élaboré sur un humain actuel. Cette transformation s’appuie sur la modélisation mathématique des différences morphologiques entre les structures osseuses crâniennes de l’humain actuel et du babouin.</span> <span><span>Fourni par l'auteur</span></span></em></h4> <p>Elle consiste à exploiter les structures osseuses fossilisées pour prédire la forme et l’anatomie de la langue de ces humains disparus. Pour cela, nous utilisons comme référence le modèle biomécanique de langue d’un humain vivant, que nous avons soigneusement conçu dans nos laboratoires grenoblois GIPSA-lab et TIMC au cours de près de 3 décennies de recherches coordonnées.</p> <p>Ce modèle rend compte fidèlement de la morphologie de la langue, de ses structures musculaires, des caractéristiques mécaniques de ses tissus mous, et de ses interactions mécaniques avec la mandibule, le palais et l’os hyoïde, un petit os mobile qui relie la langue… au larynx.</p> <h4 style="text-align: center;"><iframe frameborder="0" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/Pz0A5HTYFeM?wmode=transparent&start=0" width="440"></iframe><em><span>Modèle de langue TIMC et Gipsa lab Grenoble.</span></em></h4> <p>C’est en modifiant la géométrie du modèle de référence que nous générerons des modèles biomécaniques pour les langues fossiles. Pour cela, en nous appuyant sur des outils mathématiques combinant des transformations géométriques complexes, nous déterminons tout d’abord la transformation géométrique optimale qui permet de passer de la géométrie du crâne et de la mandibule de l’humain actuel à celle du crâne et de la mandibule de l’humain fossile.</p> <p>Puis nous appliquons cette transformation géométrique au modèle de langue du premier pour le déformer et en faire un modèle de langue pour le second, avec sa forme spécifique, ses structures musculaires, et ses interactions avec la mandibule, le palais et l’os hyoïde…</p> <p>Mais dans quelle mesure peut-on faire confiance à une transformation géométrique basée sur les structures osseuses pour prédire les tissus mous de la langue ? Pour répondre à cette question, cruciale pour valider la méthode, nous avons choisi d’évaluer leur méthode sur la génération d’un modèle biomécanique de langue de babouin, un primate non-humain dont la morphologie de la tête est très différente de celle d’un Homo Sapiens.</p> <p>Notre hypothèse en la matière consiste à dire que si cette méthode marche pour un tel primate, alors il est vraisemblable qu’elle sera fiable pour la prédiction de la langue de tous les humains fossiles dont les crânes sont moins différents de celui d’un Homo Sapiens, que ne l’est celui d’un babouin.Nous avons alors généré deux modèles de langue de babouin. Le premier a été conçu en utilisant une transformation géométrique optimale déterminée en prenant en compte les structures osseuses et les tissus mous de la tête. Comme on peut s’y attendre, la complétude des informations morphologiques prises en compte permet d’obtenir un modèle qui décrit avec une grande précision la morphologie de la langue du babouin.</p> <p>Puis nous avons généré un second modèle, en déterminant la transformation géométrique optimale sur la seule base des informations sur les structures osseuses, ignorant celles sur les tissus mous. Ce second modèle s’est avéré être très proche du premier et la fiabilité de cette prédiction a été validée par des outils statistiques de quantification des incertitudes développés par Anca Belme à l’Institut Jean Le Rond d’Alembert de Sorbonne Université. Nous avons alors pu conclure que notre méthode est fiable pour générer, à partir des seules structures osseuses, des modèles biomécaniques réalistes pour les langues de primates, qu’ils soient humains ou non humains, qu’ils soient vivants ou (bientôt car les analyses sont en cours) fossiles.</p> <p>C’est en exploitant cette méthode, que nous travaillons actuellement à la génération de modèles biomécaniques de la langue d’humains fossiles, tels que les <em>Homo Heidelbergensis</em> connus en Europe à partir de 600 000 ans ou les Néandertaliens de 70-50 000 ans, à partir respectivement des ossements d’Arago 21 (grotte à proximité de Perpignan) et de ceux de La Ferrassie 1 en Dordogne. Notre but est d’explorer systématiquement les conséquences des activations des muscles de la langue dans ces modèles, d’observer le spectre des formes de la bouche qui peuvent ainsi être générées et d’analyser les caractéristiques des sons qui seraient ainsi produits par les fossiles, en faisant l’hypothèse qu’ils possédaient des cordes vocales et des capacités pulmonaires similaires à celles des Homo Sapiens. Il sera aussi possible de tester quantitativement, en jouant sur la position de l’os hyoïde, connecté au larynx, dans quelle mesure la position, plus ou moins haute, du larynx est susceptible d’influencer la richesse des formes de bouches et des sons produits.</p> <p>C’est la méthodologie de recherche que nous avons choisie pour percer le mystère de l’émergence au cours de l’évolution humaine de la capacité à produire avec la bouche des sons suffisamment variés pour constituer la base d’un langage utilisant l’acoustique pour véhiculer des idées entre congénères…<img src="https://counter.theconversation.com/content/226977/count.gif?distributor=republish-lightbox-basic" alt="The Conversation" width="1" height="1" /></p> <hr /> <h4><span><a href="https://theconversation.com/profiles/pascal-perrier-1528361">Pascal Perrier</a>, Professeur en Mathématiques du Signal - Modèles biomécaniques orofociaux - Modèlisation du contrôle moteur de la production de la parole, <em><a href="https://theconversation.com/institutions/institut-polytechnique-de-grenoble-grenoble-inp-2428">Institut polytechnique de Grenoble (Grenoble INP)</a></em>; <a href="https://theconversation.com/profiles/amelie-vialet-1528373">Amélie Vialet</a>, Maître de conférences en paléoanthropologie, <em><a href="https://theconversation.com/institutions/museum-national-dhistoire-naturelle-mnhn-2191">Muséum national d’histoire naturelle (MNHN)</a></em> et <a href="https://theconversation.com/profiles/yohan-payan-1528354">Yohan Payan</a>, Chercheur en biomécanique des tissus mous, laboratoire TIMC (CNRS, Univ. 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Lire l’<a href="https://theconversation.com/emergence-du-langage-dans-levolution-humaine-des-chercheurs-font-parler-les-structures-osseuses-fossilisees-226977">article original</a>.</h4> </div>', 'content_edition' => '', 'slug' => 'emergence-du-langage-dans-l-evolution-humaine-des-chercheurs-font-parler-les-structures-osseuses-fossilisees', 'headline' => null, 'homepage' => null, 'like' => (int) 24, 'editor' => null, 'index_order' => (int) 1, 'homepage_order' => (int) 1, 'original_url' => 'https://theconversation.com/emergence-du-langage-dans-levolution-humaine-des-chercheurs-font-parler-les-structures-osseuses-fossilisees-226977', 'podcast' => false, 'tagline' => null, 'poster' => null, 'category_id' => (int) 10, 'person_id' => (int) 85, 'post_type_id' => (int) 1, 'post_type' => object(App\Model\Entity\PostType) {}, 'comments' => [ [maximum depth reached] ], 'tags' => [ [maximum depth reached] ], 'locations' => [[maximum depth reached]], 'attachment_images' => [ [maximum depth reached] ], 'person' => object(App\Model\Entity\Person) {}, 'category' => object(App\Model\Entity\Category) {}, '[new]' => false, '[accessible]' => [ [maximum depth reached] ], '[dirty]' => [[maximum depth reached]], '[original]' => [[maximum depth reached]], '[virtual]' => [[maximum depth reached]], '[hasErrors]' => false, '[errors]' => [[maximum depth reached]], '[invalid]' => [[maximum depth reached]], '[repository]' => 'Posts' } ] $embeds = [] $images = [ (int) 0 => object(Cake\ORM\Entity) { 'id' => (int) 10963, 'created' => object(Cake\I18n\FrozenTime) {}, 'modified' => object(Cake\I18n\FrozenTime) {}, 'name' => 'Capture d’écran 2024-02-15 à 17.22.00.png', 'type' => 'image', 'subtype' => 'png', 'size' => (int) 471869, 'md5' => 'fb12eaa89afb3a285246289cce9bcd11', 'width' => (int) 753, 'height' => (int) 490, 'date' => object(Cake\I18n\FrozenTime) {}, 'title' => '', 'description' => 'Avec ses 302 neurones (ici rendus fluorescents en vert), Caenorhabditis elegans constitue un modèle particulièrement simple mais éclairant pour comprendre les mécanismes neurobiologiques. 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