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La démarche scientifique

 


 

 

 

 

 

La démarche scientifique

Publié le 19 septembre 2018

Pour comprendre et expliquer le réel en physique, chimie, sciences de la vie et de la Terre, les scientifiques utilisent une méthode appelée la démarche scientifique. Quels sont ses grands principes ? Quels outils sont utilisés pour mettre en place des raisonnements logiques ? Découvrez l’essentiel sur la démarche scientifique.
QU’EST-CE QUE LA DÉMARCHE SCIENTIFIQUE ?

La démarche scientifique est la méthode utilisée par les scientifiques pour parvenir à comprendre et à expliquer le monde qui nous entoure. De façon simplificatrice, elle se déroule en plusieurs étapes : à partir de l’observation d’un phénomène et de la formulation d’une problématique, différentes hypothèses vont être émises, testées puis infirmées ou confirmées ; à partir de cette confirmation se construit un modèle ou théorie. L’observation et l’expérimentation sont des moyens pour tester les différentes hypothèses émises.


L’évolution de la démarche scientifique au fil du temps
De l’Antiquité à nos jours, les moyens d’investigation sur le monde ont évolué pour aboutir à une démarche dont les fondements sont communs à toutes les sciences de la nature (physique, chimie, sciences de la vie et de la Terre).
Dès l’Antiquité, Hippocrate, médecin grec, apporte de la nouveauté dans son traité « Le pronostic », qui détaille, pour la première fois, un protocole pour diagnostiquer les patients. Ce texte est l’une des premières démarches scientifiques.


Le XVIIe siècle est l’âge d’or des instruments et désormais l'expérience est au cœur de la pratique scientifique : on parle de Révolution scientifique. En plus des observations, les hypothèses peuvent aussi être testées par l’expérience. Par ailleurs, l’invention d’instruments tels que le microscope donne la possibilité aux scientifiques d’observer des éléments jusqu’alors invisibles à l'œil nu, comme les cellules, découvertes par Robert Hooke en 1665.
A partir du XXe siècle, la science se fait de manière collective. Les études scientifiques sont soumises au jugement des « pairs », c’est-à-dire à d’autres scientifiques et toutes les expériences doivent être détaillées pour être reproductibles par d’autres équipes. En contrepartie, la publication dans des revues internationales, et sur Internet dès les années 1990, permet aux chercheurs du monde entier d’accroître la notoriété de leurs idées et facilite l'accès aux sciences pour le grand public. Mais avec l'arrivée de l'informatique, il n'y a pas que la communication qui change, la méthode scientifique aussi se transforme. Il devient plus simple de trier de grands nombres de données et de construire des études statistiques. Il faut cependant faire attention à sélectionner les critères pertinents, car les progrès technologiques apportent aux chercheurs d’immenses quantités d’informations, appelées big data.
    

LES DIFFÉRENTES ÉTAPES DE LA DÉMARCHE SCIENTIFIQUE

Observation et formulation d’une problématique

A la base de toute démarche scientifique,  il y a au départ une observation d’un phénomène et la formulation d’une problématique.
Par exemple, depuis l’Antiquité, certains savants sont convaincus que la Terre est immobile au centre de l’Univers et que le Soleil tourne autour d’elle : c’est l’hypothèse du géocentrisme. Elle est émise car à l’époque, toutes les observations se faisaient à l’œil nu. Vu depuis la Terre, le Soleil peut donner l’impression de tourner autour de nous car il se lève sur l’horizon Est et se couche sur l’horizon Ouest. Cependant, ce n’était qu’une intuition car à ce stade, aucune véritable démarche scientifique n’est engagée.
Plus tard, quand les astronomes ont observé le mouvement des planètes, ils ont vu que le déplacement de certaines planètes forme parfois une boucle dans le ciel, ce qui est incompatible avec un mouvement strictement circulaire autour de la Terre. Le problème fut résolu en complexifiant le modèle : une planète se déplace sur un cercle dont le centre se déplace sur un cercle. C’est la théorie des épicycles.

Les hypothèses et la construction d’un modèle
Une nouvelle hypothèse fut émise par Nicolas Copernic au XVe siècle. Selon lui, le Soleil est au centre de l’Univers et toutes les planètes, dont la Terre, tournent autour de lui. On appelle cette hypothèse « l’héliocentrisme ». Ce modèle rend naturellement compte des rétrogradations planétaires mais possède quand même des épicycles pour décrire leurs mouvements avec plus de précisions.
Durant l’hiver 1609-1610, Galilée pointe sa lunette vers le ciel et découvre les phases de Vénus et des satellites qui tournent autour de la planète Jupiter. Ses observations l’incitent à invalider l’hypothèse géocentrique et à adhérer à l’héliocentrisme.
Petit à petit, cette méthode est devenue générale. Une hypothèse reste considérée comme valide tant qu’aucune observation ou expérience ne vient montrer qu’elle est fausse. Plus elle résiste à l’épreuve du temps, plus elle s’impose comme une description correcte du monde. Cependant, il suffit d’une seule observation contraire pour que l’hypothèse s’effondre, et dans ce cas, c’est définitif. Il faut alors changer d’hypothèse.
Reste que l’héliocentrisme de Copernic s’est d’abord imposé par la qualité des éphémérides planétaires qui en étaient tirées plus que par la force de son hypothèse, certes plus pratique que l’hypothèse géocentrique mais pas confirmée directement. Pour cela, il fallut encore attendre quelques années, le temps que la qualité des instruments d’observation progresse.

L’observation et l’expérimentation
Si la Terre est animée d’un mouvement autour du Soleil alors on devrait constater un effet de parallaxe, c’est-à-dire de variation des positions relatives des étoiles au fil de l’année. L’absence d’une parallaxe mesurable était utilisée contre l’héliocentrisme. C’est en cherchant à mesurer la parallaxe des étoiles que l’astronome anglais James Bradley découvrit en 1727 un autre effet, l’aberration des étoiles, dont il montra qu’elle ne pouvait provenir que de la révolution de la Terre autour du Soleil. La première mesure de parallaxe, due à l’astronome Friedrich Bessel en 1838, vient clore le débat.
Le mouvement de rotation de la Terre ne fut prouvé que plus tard. En 1851 le physicien Léon Foucault mène une expérience publique spectaculaire : un grand pendule est accroché à la voûte du Panthéon de Paris et la lente révolution de son plan d’oscillation révèle la rotation de la Terre sur elle-même.
On trouve là une autre caractéristique de la démarche scientifique. Une fois le modèle mis au point en s’appuyant sur des observations qui le justifient, il faut en tirer des prédictions, c’est-à-dire des conséquences encore non observées du modèle. Cela permet de mener de nouvelles observations ou de bâtir de nouvelles expériences pour aller tester ces prédictions. Si elles sont fausses, le modèle qui leur a donné naissance est inadéquat et doit être réformé ou oublié. Si elles sont justes, le modèle en sort renforcé car il est à la fois descriptif et prédictif.

La communication
Aujourd’hui, la « revue par les pairs » permet de contrôler la démarche scientifique d’une nouvelle découverte, par un collège de scientifiques indépendants. Si les observations et expérimentations vont dans le même sens et qu’elles ne se contredisent pas, la proposition est déclarée apte à être publiée dans une revue scientifique.

QUELS OUTILS POUR DÉCRYPTER LA SCIENCE ?
La démarche scientifique repose sur la construction d’un raisonnement logique et argumenté. Elle utilise les bases de la logique formelle : l’induction et la déduction.
    
L’induction
L’induction cherche à établir une loi générale en se fondant sur l’observation d’un ensemble de faits particuliers (échantillon).
L'induction est par exemple utilisée en biologie. Ainsi, pour étudier des cellules dans un organisme, il est impossible de les observer toutes, car elles sont trop nombreuses. Les scientifiques en étudient un échantillon restreint, puis généralisent leurs observations à l’ensemble des cellules. Les scientifiques établissent alors des hypothèses et des modèles dont il faudra tester les prédictions par des observations et des expériences ultérieures.

La déduction
La déduction relie des propositions, dites prémisses, à une proposition, dite conclusion, en s’assurant que si les prémisses sont vraies, la conclusion l’est aussi.
Exemple classique de déduction : tous les hommes sont mortels, or Socrate est un homme donc Socrate est mortel.
La déduction est beaucoup utilisée en physique ou mathématiques, lors de la démonstration d’une loi ou d’un théorème.

Raisonnement du Modus Ponens et du Modus Tollens
Le Modus Ponens et le Modus Tollens sont utilisés par les scientifiques dans leurs raisonnements.
Le Modus Ponens est, en logique, le raisonnement qui affirme que si une proposition A implique une proposition B, alors si A est vraie, B est vraie.
Mais si une implication est vraie alors sa contraposée l’est également (même valeur de vérité selon les règles de la logique formelle). Cela signifie que « la négation de B implique la négation de A » (contraposée de « A implique B »).
Le Modus Tollens est le raisonnement suivant : si une proposition A implique une proposition B, constater que B est fausse permet d’affirmer que A est fausse.
Un exemple : On sait que tous les poissons respirent sous l'eau. Or le saumon est un poisson donc il respire sous l'eau (Modus Ponens). La proposition initiale peut être énoncée sous une autre proposition équivalente (contraposée) : si « je ne peux pas respirer sous l’eau, alors je ne suis pas un poisson ». Cela permet de construire le raisonnement suivant : tous les poissons respirent sous l’eau, or je ne respire pas sous l’eau, donc je ne suis pas un poisson (Modus Tollens).
Ces outils de logique formelle permettent de vérifier la cohérence logique d’un argument et de détecter les argumentations fautives. Grâce à ces outils et en gardant un bon esprit critique et en vérifiant l'origine des informations diffusées, on peut donc plus facilement repérer un discours non scientifique ou pseudo-scientifique.

Notions clés
*         Une hypothèse est considérée comme valide aussi longtemps qu’aucune observation ou expérience ne vient montrer qu'elle est fausse.
*         La démarche scientifique consiste à tester les hypothèses pour démontrer si elles sont fausses ou non et à conserver uniquement celles qui sont cohérentes avec toutes les observations et les expériences.
*         La fausseté d’une hypothèse est certaine alors que sa validité scientifique est temporaire et soumise à l’évolution des connaissances.

 

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DÉCOUVERTE. Quand ils ne savent pas, les bébés le savent

 



 

 

 

 

 

CERVEAU ET PSY

DÉCOUVERTE. Quand ils ne savent pas, les bébés le savent

Par Hugo Jalinière le 10.03.2016 à 11h11, mis à jour le 10.03.2016 à 11h11

Lecture 2 min.

Dès l'âge de 20 mois, les bébés sont déjà doués d'une faculté permettant d'émettre un jugement sur leurs propres actions. Une réflexivité qu'on pensait alors quasi inexistante avant l'âge de 6 ans.

Les très jeunes enfants sont capables, dès 20 mois, de penser un jugement sur leurs propres choix et actions.


COGNITION. Les très jeunes enfants sont-ils capables d'évaluer leurs propres choix ? Sont-ils en mesure d'avoir une pensée ou une opinion sur leurs actions, et de la communiquer ? Jusqu'à présent, cette sensibilité métacognitive qui permet donc d'avoir un retour sur ses propres pensées et de l'exprimer ou la manifester était considérée comme quasi inexistante chez les enfants en-dessous de 6 ou 7 ans. Mais l'équipe Cerveau et conscience du laboratoire de sciences cognitives et psycholinguistique (CNRS/ENS/EHESS) vient de montrer que cette faculté réflexive est déjà bel et bien présente chez les bébés âgés de 20 mois. C'est en fait l'obstacle d'un langage mal maîtrisé par les plus jeunes qui empêchait jusqu'à présent de l'évaluer. L'étude que ces chercheurs français publient dans les PNAS, a pu contourner cet obstacle en mettant sur pied une méthode comportementale permettant de déterminer si les bébés de 20 mois sont capables d’évaluer et de communiquer non verbalement leur propre incertitude.

Les bébés peuvent évaluer leurs propres processus cognitifs
L'expérience a consisté à demander à des bébés de mémoriser l’emplacement d'un jouet caché sous une des deux boîtes présentées devant eux. Après un délai variable - 3 à 12 secondes -, ils devaient pointer la boîte dans laquelle ils pensaient que le jouet était caché. Pour corser un peu le tout, le jouet pouvait être caché derrière un rideau, rendant impossible la résolution du test.

Ainsi, soit le bébé, sûr de son fait, pointait la bonne boîte ; soit, assailli d'un doute, il adoptait un comportement signifiant une recherche de soutien extérieur. Les résultats de l’étude montrent ainsi que les bébés demandent de l’aide pour éviter de pointer vers la mauvaise boîte. De plus, ils demandent de l’aide plus souvent lorsque les essais sont impossibles, et pour les délais de mémorisation plus longs. Des conditions propices à entretenir une incertitude bien évaluée par les jeunes enfants.

Les chercheurs concluent ainsi que "les tout petits font donc déjà preuve de sensibilité métacognitive, même s'ils sont incapables de la verbaliser convenablement avant bien plus tard pendant l'enfance. De façon plus générale, nos résultats suggèrent que les bébés, en plus d’analyser leur environnement physique et social, peuvent aussi examiner leurs propres processus cognitifs."

 

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LE CERVEAU

 



 

 

 

 

 

L'ESSENTIEL SUR...
Le cerveau


Publié le 8 mars 2017
       
Organe complexe, le cerveau et son fonctionnement restent la source de nombreux mystères. Découvrez dans cette fiche "L'essentiel sur..." la composition du cerveau, son organisation, les moyens d’exploration du cerveau ou encore le processus d’apprentissage de la lecture chez l’Homme.

A QUOI SERT LE CERVEAU ?

Protégé par la boîte crânienne, le cerveau est l’organe qui fait office de chef d’orchestre pour tous les membres et organes du corps humain. Il centralise les informations et renvoie des messages aux différents membres. Il se compose de deux hémisphères reliés : l’hémisphère gauche et l’hémisphère droit, qui contrôlent chacun la partie du corps qui lui est opposée. La main droite sera donc contrôlée par une partie de l’hémisphère gauche.


DE QUOI EST COMPOSÉ LE CERVEAU ?
On distingue deux catégories de tissus dans le cerveau : la matière grise et la matière blanche.

La matière grise est faite des corps cellulaires des neurones, de leurs dendrites et d’autres cellules. Elle est responsable de notre activité sensori-motrice et de nos fonctions cognitives comme la lecture, le calcul, l’attention, la mémoire...

Les neurones sont des cellules du cerveau qui servent à transmettre les informations. Ils sont tous interconnectés et communiquent entre eux par messages électriques et chimiques au travers de milliers de petites branches appelées dendrites sur lesquelles se terminent les axones, prolongement des neurones pour transmettre l’information à distance.

Ce message  est transmis au corps cellulaire pour y être traité. L’information est émise sous la forme d’un message électrique le long de l’axone, une partie de la cellule qui fait office de route pour l’information. L’axone se ramifie ensuite pour distribuer le message aux autres neurones. Puisque les neurones ne se touchent pas, le message électrique est transformé en message chimique pour être capté par les dendrites de l’autre neurone.

La matière blanche est, quant à elle, constituée de ces axones, enveloppés d’un manchon graisseux de myéline, reliant les différentes régions de matière grise afin qu’elles échangent leur information.

QUELLE EST L’ANATOMIE DU CERVEAU ?

Chacun des hémisphères du cerveau est divisé en cinq régions (quatre extérieures et une enfouie : le cortex insulaire ou Insula). Ces lobes sont composés de zones plus petites qui gèrent des fonctions précises. Elles sont appelées aires cérébrales. On en dénombre aujourd’hui près de  200 par hémisphère.
 
Dans ces zones les neurones sont spécialisés dans une fonction précise comme transmettre un message visuel, sonore, sensitif… Les zones des différents lobes coopèrent pour réaliser les tâches complexes. Par exemple, le langage fait intervenir plusieurs zones de différents lobes pour nous permettre de parler ou lire.

*         Le lobe frontal est le siège de la parole, du langage et du raisonnement. Il a également la fonction de gérer les mouvements des membres.
*         Le lobe pariétal est la partie qui va s’occuper du repérage dans l’espace, des sens et de la lecture
*         Le lobe occipital est dédié à la vision
*         Le lobe temporal est la zone où se situent le langage, la mémoire et l’émotivité.
*         Le cortex insulaire ou Insula est spécialisé dans la perception de soi/sa conscience, dans la socialisation et impacte également les émotions.


Les régions associées à certaines fonctions sont localisées à des endroits variant légèrement d’un individu à l’autre. Par ailleurs, la spécialisation hémisphérique de certaines fonctions comme le langage varie : elle est majoritairement située dans l’hémisphère gauche chez les droitiers mais peut se situer dans l’hémisphère droit, comme chez la plupart des gauchers.

Ces différentes régions du cerveau sont connectées pour combiner les messages. C’est cette coopération des zones qui permet, par exemple, la reconnaissance de visages ou de lieux.

COMMENT LE CERVEAU PERMET-IL D’APPRENDRE À LIRE ?
Les zones du cerveau s’adaptent et interagissent ensemble en fonction des besoins et des tâches réalisées. Lorsque l’on apprend à lire, une zone du cerveau, située entre les lobes occipital et pariétal, va se spécialiser dans la reconnaissance et la mémorisation des lettres et des mots.

Dans l’apprentissage de la lecture, l’aire auditive du lobe temporal est également nécessaire pour faire correspondre ce qui est écrit à un son déjà appris. Dans la lecture, les neurones de l’aire visuelle vont se connecter à ceux de l’aire auditive. Cette connexion permet de déchiffrer le mot et de l’entendre dans sa tête.

A ce stade, le mot est entendu mais pas encore compris. Il faut donner du sens à ce message sonore. Pour cela l’aire auditive est connectée à l’aire de Wernicke, la partie du cerveau qui comme un dictionnaire, donne le sens des mots entendus.

Si l’assemblage de phonèmes (briques sonores qui constituent les mots) ne correspond pas à un mot connu, le cerveau va mémoriser à la fois le sens, le son du mot et son écriture.

COMMENT EXPLORE-T-ON LE CERVEAU ?
Arriver à observer le cerveau ne va pas de soi car il est abrité par la boîte crânienne. L’observer est essentiel pour comprendre son fonctionnement, l’apparition et le développement des maladies. La méthode d’imagerie la plus ancienne, la radiographie (rayons X) est peu informative pour étudier le cerveau car les rayons X sont en grande partie absorbés par l’os de la boîte crânienne. Le scanner à rayons  X, grâce à des capteurs très sensibles et un couplage informatique, permet de voir le cerveau et est utilisé en routine en médecine.


Les techniques d’exploration du cerveau au fil du temps
Outre le scanner X  le cerveau est exploré à l’aide de 3 autres grandes familles d’imagerie, qui font appel à des principes physiques différents : l’activité électrique et magnétique du cerveau, la radioactivité ou la résonance magnétique de certains noyaux atomiques.

L’électroencéphalographie (EEG)
L'électroencéphalographie mesure des signaux électriques produits par l’activité des neurones. Elle est très utilisée pour localiser les foyers épileptogènes (endroit où se situe la source d’une crise d’épilepsie)  ou pour rechercher une signature spécifique de l’état de conscience des patients en situation de coma.

Cet outil est parfois associé à la magnéto encéphalographie (MEG) qui est un outil de mesure de l’activité magnétique  du cerveau  associée aux courants produits par les neurones. L'atout de l’EEG et de la MEG est leur résolution temporelle, de l’ordre de la milliseconde. La MEG qui n’est pas perturbée par l’os et le scalp (cuir chevelu) génère des signaux plus propres.

L’imagerie nucléaire : la tomographie par émission de positons (TEP) ou de photons
La tomographie par émission de positons (TEP) ou tomographie par émission de photons sont des méthodes qui s’appuient sur des principes de la physique nucléaire pour étudier ce qu’il se passe dans le corps humain. Ces techniques offrent une analyse quantitative des réactions biochimiques du corps, comme par exemple la neurotransmission (transmission des informations entre les neurones) Pour cela, les médecins injectent au patient des molécules (appelées « traceurs ») combinées avec des éléments faiblement radioactifs qui ciblent les régions du corps où ont lieu les processus biochimiques à analyser. Pour ces examens, les atomes radioactifs utilisés ont une demi-vie relativement courte (6 h pour le technétium 99m, l’isotope le plus utilisé, 13 h pour l’iode 123) et leur radioactivité a disparu au bout de quelques jours (10 demi-vies).

L’imagerie par résonance magnétique (IRM)

L’IRM repose sur les propriétés magnétiques des atomes d’hydrogène des molécules d’eau qui composent à plus de 80 % le corps humain. L’atome d’hydrogène possède un "moment magnétique", ou spin, qui agit comme un aimant.

L’appareil IRM consiste à créer un champ magnétique puissant grâce à une bobine. Le patient est placé au centre de ce champ magnétique, et toutes les molécules d’eau présentes dans le corps vont s’orienter selon la direction du champ magnétique. Une antenne placée sur la partie du corps étudiée va permettre d’émettre et de réceptionner une onde radiofréquence spécifique des atomes d’hydrogène.

A l’émission, la fréquence induite va faire basculer l’aimantation des noyaux des molécules dans un plan perpendiculaire aux champs magnétiques de l’IRM. Lorsque l’antenne arrête d’émettre, l’aimantation revient à la position d’origine en émettant à leur tour une fréquence captée par l’antenne. Celle-ci est ensuite traitée comme un signal électrique et analysée par des logiciels. Le signal diffère selon que les tissus observés contiennent plus ou moins d’eau.


QUELS SONT LES ENJEUX DE LA RECHERCHE SUR LE CERVEAU ?
Les deux principaux enjeux de la recherche sur le cerveau sont : l’acquisition de nouvelles connaissances fondamentales sur le fonctionnement de l’organe (au niveau microscopique et macroscopique) et la compréhension des maladies ou troubles qui l’affectent.

Pour cela il faut rechercher de nouveaux signaux de l’activité neuronale, mettre au point de meilleurs outils d’imagerie médicale et concevoir de nouveaux traceurs.

 

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1 - STEVEN LAUREYS : « On peut détecter la conscience dans le cerveau »

 

 

 

 

 

 

 

1 - STEVEN LAUREYS : « On peut détecter la conscience dans le cerveau »

Marie-Laure Théodule dans mensuel 439
daté mars 2010 -

Aussi incroyable que cela paraisse, des personnes prostrées après un coma ont donné des signes de conscience des années plus tard. C'est pourquoi l'on cherche à en débusquer les traces dans le cerveau.
LA RECHERCHE : La définition de la conscience est-elle en train d'évoluer ?

STEVEN LAUREYS : La définition de la conscience n'existe pas. Il y a différentes approches selon que l'on s'adresse à un philosophe, à un médecin, à un biologiste, à un ingénieur en intelligence artificielle, etc. Et ces différences reflètent notre ignorance : on ne comprend pas le phénomène.

Et dans votre domaine, la neurologie ?
S.L. : Il existe aussi plusieurs approches. Ainsi, en clinique, on pense savoir ce que cela veut dire quand on déclare qu'une personne est consciente. Elle doit être éveillée et réagir à la commande, c'est-à-dire aux ordres donnés par le médecin. Par exemple s'il lui demande de pincer sa main, elle doit le faire. Mais ce test a des limites : la personne peut ne pas obéir parce qu'elle est paralysée, sourde ou qu'elle ne comprend pas la commande.
Dans la recherche, on se sert de différentes méthodes pour étudier la conscience. La plus utilisée approche le phénomène par soustraction : on présente des stimuli à des volontaires sains de manière à ce que la moitié seulement de ces stimuli soit perçue consciemment, et on observe avec l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle IRMf les différences d'activation des cerveaux dans les deux cas. Cela permet d'extraire ce qu'on pense être le corrélat neuronal de la conscience chez le sujet sain. En réalité, cela n'apporte des informations que sur une conscience réduite, limitée à la conscience de voir ou pas une lettre, un mot, etc. Mais s'agit-il d'attention, de mémoire, ou de conscience ? Une autre approche - et c'est celle que nous partageons - consiste à étudier le phénomène dans sa globalité, notamment en s'intéressant aux états altérés de conscience, par exemple dans le coma, sous anesthésie ou lorsqu'on dort.

Qu'a-t-on déjà compris avec cette approche du phénomène dans sa globalité ?
S.L. : Nos moyens de mesure se sont améliorés, grâce à la neuro-imagerie. Nous avons compris que la conscience se passe dans un réseau lire « Le réseau de la conscience », p. 47. Ce serait une propriété qui émerge à partir d'assemblées de neurones dans un vaste réseau reliant plusieurs zones du cortex dit associatif * - les régions préfrontales et temporopariétales -, soit directement, soit en passant par le thalamus. On a observé lors de nombreuses expériences que ce réseau s'active moins quand la personne n'est pas consciente. Et dans ce réseau, à l'arrière du préfrontal, se trouve une région particulièrement intéressante : elle comporte le précuneus et le cortex cingulaire postérieur, et c'est elle qui s'active le plus quand la personne est consciente et qui est la plus atteinte lors d'une série d'états altérés de conscience. Cette région semble donc être un noeud critique du réseau. Mais ce qui est important, ce n'est pas tant l'activité spécifique de chaque région que leur connectivité, c'est-à-dire la manière dont elles dialoguent entre elles directement et aussi via le thalamus. Or on ne connaît pas le code neuronal de ce réseau, ni comment fonctionne cette communication. Aujourd'hui, on sait donc où se passe la conscience, mais il nous reste à comprendre le langage que les neurones utilisent pour établir cette conscience.

Mais vous, en tant que médecin et chercheur, qu'attendez-vous de cette approche ?
S.L. : Sur un plan clinique, elle nous aide à déterminer si une personne restée prostrée après un coma possède encore un certain niveau de conscience, ce qui est très important pour la suite des traitements. Au niveau scientifique, elle nous permet de détecter ce qui change dans le cerveau des patients éveillés selon qu'ils sont ou non conscients, donc d'approcher les corrélats neuronaux de la conscience.

On n'est donc pas toujours conscient, quand on est éveillé ?
S.L. : Non, l'exemple le plus dramatique, c'est le patient qui se réveille de son coma mais reste en état végétatif : la personne a les yeux grands ouverts mais l'esprit est absent. C'est perturbant, car vous avez devant vous quelqu'un qui regarde dans le vide, et qui bouge et respire seulement par réflexe. Cet état a été défini dans les années 1970. Puis en 2002 une autre entité a été définie, l'état de conscience minimale. Il est très proche de l'état végétatif car les personnes sont éveillées mais elles ne peuvent communiquer ni verbalement ni non verbalement. Cependant, elles sourient parfois quand leur mère est dans la pièce, peuvent vous suivre du regard ou vous pincer la main sans être capables pour autant d'établir un code avec ce pincement. Elles manifestent donc plus que des mouvements réflexes. Pourtant on ne peut pas communiquer avec elles, d'où cette appellation de conscience minimale.

Que se passe-t-il dans leur cerveau ?
S.L. : Qu'elles soient en état végétatif ou en conscience minimale, ces personnes se réveillent le jour et dorment la nuit. C'est donc que leur tronc cérébral qui gère le système veille/sommeil est resté actif. Mais, lorsqu'elles sont en état végétatif, le réseau cérébral qui relie le thalamus aux zones frontopariétales ne fonctionne plus, soit qu'il y ait des lésions dans le cortex ou dans le réseau lui-même. L'état végétatif est donc considéré comme un syndrome de déconnexion. En revanche, en état de conscience minimale, certaines zones du cerveau sont encore actives.

Quelles sont ces zones encore actives ?
S.L. : On ne peut répondre clairement à cette question. Dans l'état végétatif, l'information arrive du thalamus jusque dans les aires corticales primaires * , mais elle ne va pas plus loin. En conscience minimale, elle va plus loin mais pas de manière permanente : les personnes semblent avoir de temps en temps des bouffées de conscience comme cela se produit chez les déments.
Nous avons observé en 2006 qu'une patiente anglaise déclarée en état végétatif activait certaines zones de son cerveau quand on lui demandait de s'imaginer jouer au tennis, ou de se déplacer dans sa maison : elle activait les mêmes zones qu'une personne consciente qui s'imagine accomplir ces deux actions. Elle était donc consciente. Depuis cette expérience, nous avons constaté que dans 40 % des cas les patients diagnostiqués en état végétatif montraient en réalité des signes de conscience. Mais il s'agit d'une conscience minimale et fluctuante, ce qui rend l'examen difficile : parfois la personne répond à la commande, parfois non. Et en général, elle réagit plus aux stimuli chargés d'émotions, ce qui peut expliquer que la famille observe des réactions que le médecin ne voit pas. Même si parfois la famille voit ce qu'elle a envie de voir et qui n'existe pas !

En novembre dernier, on a découvert à la télévision française des images assez poignantes de Rom Houben, un Belge de 46 ans qui, après être resté prostré pendant vingt-trois ans, a finalement montré des signes de conscience. Que s'est-il passé ?

S.L. : J'ai examiné Rom Houben il y a trois ans dans notre centre de Liège. Et, alors qu'il avait été déclaré en état végétatif, donc sans signe extérieur de conscience, j'ai diagnostiqué qu'il était dans un état bien plus élevé que la conscience minimale : son cerveau est actif et fonctionne presque normalement, comme l'a révélé un examen par tomographie à émission de positons. Son état est proche du syndrome d'enfermement ou Locked-in Syndrome LIS * . Je ne l'ai ni sauvé, ni guéri, ni refait communiquer comme on l'a prétendu, mais mon diagnostic a convaincu son entourage médical qu'il était toujours conscient. Et cela lui a donné accès à des soins de rééducation appropriés. Comme je le disais plus haut, aujourd'hui on sait que la réponse à la commande simple n'est pas un test infaillible pour évaluer si la personne est consciente ou non.

Comment faire, alors, pour détecter des signes de conscience ?
S.L. : Nous utilisons désormais une approche à la commande couplée avec l'imagerie cérébrale : au lieu de demander à la personne de bouger un bras et d'observer si elle le fait, on lui demande de penser à une action et on observe par IRM si son cerveau réagit. Nous avons aussi recours à une technique portable plus légère qui mesure par électroencéphalographie les potentiels évoqués cognitifs : on place un casque à électrodes sur le cuir chevelu des patients et on mesure l'activité électrique du cerveau quand on leur fait entendre certains mots.
On a d'abord constaté que lorsque les gens entendent leur propre prénom, cela déclenche une onde P3 dans leur cerveau, même lorsqu'ils sont en état végétatif, ou qu'ils dorment. Il s'agit donc d'une réponse automatique et non d'un signe de conscience comme on l'espérait. En revanche, un prénom non familier ne déclenche aucune onde spécifique dans le cerveau. Donc, partant de ces constatations, nous avons imaginé un test où l'on demandait à des patients en état végétatif et en conscience minimale et à des témoins de compter le nombre de fois où ils entendaient un prénom précis mais non familier dans une suite de prénoms. Or nous avons observé une onde P3 chez les témoins et chez les patients en état de conscience minimale très sévèrement atteints, mais non chez les patients en état végétatif. C'est donc qu'en état de conscience minimale le patient a compris et exécuté la commande. Et depuis, nous utilisons ce test car notre démarche consiste à garder cette vision simpliste : si le cerveau d'un patient répond à la commande, alors c'est un signe de conscience.

Êtes-vous sûr que de l'efficacité de ce test ?
S.L. : Il a fait ses preuves récemment avec une jeune patiente de 23 ans hospitalisée dans le CHU de Liège pour une hémorragie après un accident vasculaire cérébral. On m'a appelé pour me demander mon avis. En voyant les images de l'IRM, j'ai observé que la lésion était très étendue : elle touchait le tronc cérébral et le thalamus sans toutefois atteindre le cortex. Mais la jeune femme était toujours dans le coma après un mois et demi et n'ouvrait pas les yeux. J'ai soupçonné un LIS complet, dans lequel les noyaux crâniens touchés empêchent même l'ouverture et le mouvement des yeux. Je pensais qu'elle était quand même consciente, et nous avons fait le test de comptage du prénom avec un casque à électrodes, et là j'ai vu une réponse. Donc, pour moi, elle était encore consciente, et il fallait continuer à l'alimenter et à l'aider à respirer. Maintenant elle vit chez elle et communique avec des mouvements du pied.
Ce système portable change-t-il votre approche de la conscience ?
S.L. : Oui, d'une certaine manière. Cela signifie que la conscience peut se détecter par une réponse du cerveau à la commande. Cependant, il faut répéter les tests au moins cinq fois à différents moments de la journée pour être sûr de ne pas se tromper. Et cela change notre comportement face à des cas très graves comme celui de cette jeune fille.


Les gens en état de conscience minimale enregistrent-ils de nouveaux souvenirs ?

S.L. : On ne le sait pas. Car la conscience et la mémoire ne sont pas la même chose. Mais je pense que la plupart des gens en état de conscience minimale n'enregistrent pas de souvenirs car la continuité de leur vécu subjectif est rompue puisque leur conscience ne fonctionne souvent que par intermittence.

Et lorsqu'on dort ?
S.L. : Il y a plusieurs phases dans le sommeil. Je suis convaincu que, quand on dort en sommeil lent, on perd la conscience de son environnement, de même que sous anesthésie lire « Comment l'anesthésie éteint-elle la conscience ?» p. 44. En revanche en sommeil paradoxal, il y a un vécu subjectif qui est réel mais très particulier, dont on peut garder des souvenirs conscients au réveil.

Comment faites-vous aujourd'hui, dans votre centre de Liège, pour détecter le niveau de conscience après un coma ?
S.L. : Nous disposons de tout un arsenal de moyens techniques et humains pour évaluer les comateux et les post-comateux. Nous accueillons donc ici des gens qui viennent de toute l'Europe parce que leur famille veut savoir où ils en sont. Pendant une semaine, ils subissent des tests et des examens afin de détecter le moindre signe de conscience. Par exemple, on teste la poursuite visuelle avec un miroir que l'on déplace de quelques degrés pour voir si la personne suit ou non du regard, on teste la réponse à la douleur, au prénom, etc. Puis il y a l'imagerie cérébrale dont nous avons déjà parlé. Et nous faisons aussi des essais pharmacologiques. Nous passons ensuite une semaine à interpréter les résultats afin de délivrer un nouveau diagnostic et un pronostic le plus objectif possible.

Des essais pharmacologiques de quelle nature ?
S.L. : Nous avons découvert fortuitement en 2006 qu'une benzodiazépine le Zolpidem commercialisé sous le nom de Stilnox, donnée à un patient en état de conscience minimale pour le calmer avant un examen, pouvait avoir un effet « miracle » : la personne s'est remise soudain à parler, à répondre à des questions, à marcher. L'effet est maximal une demi-heure après l'administration du médicament et ne dure que quelques heures. Mais cela ne marche que pour certaines personnes en état de conscience minimale et on ne comprend pas encore pourquoi.
Finalement, si à l'issue de vos tests, vous établissez qu'il y avait une erreur de diagnostic, qu'est-ce que cela change au traitement ?

S.L. : Cela devrait tout changer. Après un coma, si les gens se réveillent et restent en état végétatif, au début on les aide à respirer avec un respirateur artificiel et on les nourrit artificiellement avec une sonde dans l'estomac. Mais si l'état se prolonge sans espoir de récupération, souvent on arrête le traitement et on laisse les gens mourir de déshydratation, car on a de bonnes raisons de penser qu'ils ne souffrent pas dans cet état. Au contraire s'ils sont diagnostiqués en conscience minimale, il faudrait s'occuper d'eux dans des centres de rééducation spécialisés et les protéger contre la souffrance. Le problème, c'est qu'aujourd'hui, on manque de centres de cette nature.

NOTES
Steven Laureys, neurologue, est à la fois chercheur au Fonds national de la recherche scientifique de Belgique, où il dirige le groupe Coma, et professeur au CHU de Liège. Le groupe Coma réunit vingt-cinq chercheurs, des neuropsychologues, des anesthésistes, des neurologues, et des ingénieurs doctorants et post-doctorants.www.comascience.org
*LE CORTEX ASSOCIATIF est la partie supérieure du cortex, qui donne du sens aux informations sensorielles venant du cortex primaire.
*LE CORTEX PRIMAIRE est composé des aires primaires et motrices qui traitent les informations liées aux mouvements et aux perceptions sensorielles.
*LE LIS Locked-in Syndrome ou syndrome d'enfermement désigne un état où les personnes sont complètement paralysées mais pleinement conscientes ; elles ne peuvent communiquer avec l'extérieur que par le clignement des yeux.
L'ESSENTIEL
- L'ÉTUDE DES ÉTATS ALTÉRÉS DE CONSCIENCE renforce l'hypothèse que la conscience est fondée sur un réseau d'aires cérébrales.
- AVEC L'IMAGERIE CÉRÉBRALE, on peut détecter si un patient est toujours conscient après un coma.
- DANS 40 % DES CAS, les personnes restées prostrées après un coma sont diagnostiquées à tort en état végétatif.

 

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