linguistique de masse

L'intelligence artificielle travaille-t-elle en anglais ? 

Des scientifiques de l’EPFL ont montré que les grands modèles de langage semblent utiliser l’anglais en interne même lorsqu’ils sont sollicités dans une autre langue, ce qui pourrait avoir des conséquences en termes de biais linguistiques et culturels.

Les grands modèles de langage (LLM), tels que ChatGPT d’Open AI et Gemini de Google, ont conquis le monde et surprennent par leur capacité à comprendre les utilisatrices et utilisateurs et à leur répondre avec un discours en apparence naturel.

Bien qu’il soit possible d’interagir avec ces LLM dans n’importe quelle langue, ces derniers sont entraînés avec des centaines de milliards de paramètres textuels, principalement en anglais. Certaines personnes ont émis l’hypothèse qu’ils effectuaient la majeure partie de leur traitement interne en anglais et traduisaient ensuite dans la langue cible au tout dernier moment. Mais il y avait peu de preuves de cela, jusqu’à aujourd’hui.

Tests de Llama

Des chercheuses et chercheurs du Laboratoire de science des données (DLAB) de la Faculté informatique et communications de l’EPFL ont étudié le LLM open source Llama-2 (grand modèle de langage IA développé par Meta) pour essayer de déterminer quelles langues étaient utilisées à quels stades de la chaîne informatique.

" Les grands modèles de langage sont entraînés pour prédire le mot suivant. Pour cela, ils font correspondre chaque mot à un vecteur de nombres, c’est-à-dire à un point de données multidimensionnel. Par exemple, l’article le se trouvera toujours exactement à la même coordonnée fixe des nombres ", explique le professeur Robert West, responsable du DLAB.

" Les modèles enchaînent environ 80 couches de blocs de calcul identiques, chacun transformant un vecteur qui représente un mot en un autre vecteur. À la fin de cette séquence de 80 transformations, on obtient un vecteur représentant le mot suivant. Le nombre de calculs est déterminé par le nombre de couches de blocs de calcul. Plus il y a de calculs, plus votre modèle est puissant et plus le mot suivant a de chances d’être correct. "

Comme l’explique la prépublication intitulée Do Llamas Work in English? On the Latent Language of Multilingual Transformers, Robert West et son équipe ont forcé le modèle à répondre après chaque couche chaque fois qu’il essayait de prédire le mot suivant au lieu de le laisser effectuer les calculs à partir de ses 80 couches. Ils ont ainsi pu voir quel mot le modèle aurait prédit à ce moment-là. Ils ont mis en place différentes tâches telles que demander au modèle de traduire une série de mots français en chinois.

" Nous lui avons donné un mot français, puis la traduction en chinois, un autre mot français et la traduction en chinois, etc., de sorte que le modèle sache qu’il est censé traduire le mot français en chinois. Idéalement, le modèle devrait donner une probabilité de 100% pour le mot chinois. Mais lorsque nous l’avons forcé à faire des prédictions avant la dernière couche, nous avons remarqué que la plupart du temps, il prédisait la traduction anglaise du mot français, bien que l’anglais n’apparaisse nulle part dans cette tâche. Ce n’est qu’au cours des quatre ou cinq dernières couches que le chinois est en fait plus probable que l’anglais ", affirme Robert West.

Des mots aux concepts

Une hypothèse simple serait que le modèle traduit la totalité de l’entrée en anglais et la traduit à nouveau dans la langue cible juste à la fin. Mais en analysant les données, les chercheuses et chercheurs sont parvenus à une théorie bien plus intéressante.

Dans la première phase des calculs, aucune probabilité n’est attribuée à l’un ou l’autre mot. Selon eux, le modèle s’attache à résoudre les problèmes d’entrée. Dans la seconde phase, où l’anglais domine, les chercheuses et chercheurs pensent que le modèle se trouve dans une sorte d’espace sémantique abstrait où il ne raisonne pas sur des mots isolés mais sur d’autres types de représentations qui concernent davantage des concepts, sont universels dans toutes les langues et représentent plus un modèle du monde. C’est important car, pour bien prédire le mot suivant, le modèle doit en savoir beaucoup sur le monde et l’un des moyens d’y parvenir est d’avoir cette représentation des concepts.

" Nous supposons que cette représentation du monde en termes de concepts est biaisée en faveur de l’anglais, ce qui serait très logique car les données utilisées pour entraîner ces modèles sont à environ 90% en anglais. Ils cartographient les mots en entrée à partir d’un espace de mots superficiel, dans un espace de signification plus profond avec des représentations de la façon dont ces concepts sont liés les uns aux autres dans la réalité – et les concepts sont représentés de la même manière que les mots anglais, plutôt que les mots correspondants dans la langue d’entrée réelle ", déclare Robert West.

Monoculture et biais

Cette domination de l’anglais amène à se poser la question suivante: " est-ce important "? Les chercheuses et chercheurs pensent que oui. D’après de nombreuses recherches, les structures qui existent dans le langage influencent la manière dont nous construisons la réalité et les mots que nous employons sont profondément liés à la façon dont nous pensons le monde. Robert West suggère de commencer à étudier la psychologie des modèles de langage en les traitant comme des êtres humains et, dans différentes langues, en les interrogeant, en les soumettant à des tests de comportement et en évaluant leurs biais.

" Je pense que cette recherche a vraiment touché un point sensible, car les gens s’inquiètent de plus en plus de ce genre de problème de monoculture potentielle. Les modèles étant meilleurs en anglais, bon nombre de chercheuses et chercheurs étudient aujourd’hui la possibilité d’introduire un contenu en anglais et de le traduire dans la langue souhaitée. D’un point de vue technique, cela pourrait fonctionner, mais je pense que nous perdons beaucoup de nuances, car ce que vous ne pouvez pas exprimer en anglais ne sera pas exprimé ", conclut Robert West.

Auteur: Internet

Info: https://actu.epfl.ch/news/l-intelligence-artificielle-travaille-t-elle-en--2/#:~:text=Les%20chercheuses%20et%20chercheurs%20pensent%20que%20oui.,dont%20nous%20pensons%20le%20monde.

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furtivité

Des scientifiques percent le secret des poissons ultra-noirs des abysses  

Des chercheurs ont mené une nouvelle étude sur des poissons des abysses qui ont la particularité d'être très difficiles à observer. Ils ont découvert que le secret de leur invisibilité réside dans leur peau ultra-noire qui absorbe 99,95% de la lumière environnante.

Les abysses figurent parmi les milieux les plus méconnus au monde et pour cause. En plus d'être difficilement accessibles, il règne dans ces profondeurs des conditions très particulières. Une pression importante, des températures glaciales mais aussi une lumière inexistante. Les abysses sont pourtant loin d'être désertes, elles abritent même une biodiversité très riche.

Selon les estimations, des centaines de milliers d'espèces évolueraient dans les grandes profondeurs et certaines d'entre elles ont développé de remarquables adaptations. C'est le cas de certains poissons des abysses, dont la peau est tellement noire qu'elle parvient à absorber toute la lumière environnante, les rendant difficiles à observer voire presque invisibles.

Karen Osborn, zoologue du National Museum of Natural History du Smithsonian aux Etats-Unis, a pu constater le phénomène lors d'une précédente opération. Alors qu'elle menait une étude sur les abysses, elle a tenté de photographier des poissons noirs qui s'étaient pris dans des filets. En vain. Malgré un équipement sophistiqué, aucun détail n'apparaissait sur les images.

" Peu importe comment vous installiez la caméra ou l'éclairage - ils absorbaient juste toute la lumière ", a-t-elle raconté dans un communiqué. Intriguée, la spécialiste a décidé de poursuivre les recherches et a réussi à percer le secret de ces poissons noirs. D'après l'étude publiée dans la revue Current Biology, leur pouvoir réside en réalité dans les profondeurs même de leur peau.

Plus de 99,5% de la lumière absorbée

Pour mener ces travaux, Karen Osborn et son équipe ont utilisé un véhicule téléguidé et un filet afin de collecter près de 40 poissons noirs évoluant à plus de 1.500 mètres de profondeur dans les eaux de la baie de Monterey et du golfe du Mexique. Ils ont ensuite ramené les spécimens sur leur bateau et employé un spectromètre pour mesurer la lumière réfléchie par leur peau.

Les chercheurs ont constaté que 16 des espèces collectées absorbaient plus de 99,5% de la lumière. Autrement dit, leur peau apparaissait vingt fois plus noire et réfléchissait bien plus de lumière que les objets noirs classiques. L'un des spécimens, un poisson-pêcheur pas plus grand qu'un tee de golf, ne renvoyait même quasiment aucune lumière, affichant à peine 0,04% de réflectance.

(Photo : Les chercheurs ont identifié seize espèces abyssales à la peau ultra-noire dont ce poisson-ogre Anoplogaster cornuta.)

Ce n'est pas la première fois qu'un tel phénomène est observé chez des animaux. Des plumes et des écailles ultra-noires ont déjà été documentées chez quelques oiseaux et papillons. Mais les espèces observées ici se classent parmi les champions en la matière. " Cette faible réflectance place les poissons des abysses parmi les animaux les plus sombres au monde ", écrivent les auteurs dans leur rapport.

" Avec l'espèce affichant la réflectance la plus basse", les poissons "surpassent la noirceur des papillons ultra-noirs (de 0,06 à 0,5% de réflectance) et égalent celle des oiseaux de paradis les plus foncés (0,05 à 0,31%)", poursuivent-ils. Restait à identifier la source du phénomène.

Un réseau plus dense de structures pigmentées

Les scientifiques ont placé la peau ultra-noire des poissons des abysses sous un microscope électronique et ont constaté qu'elle était très différente d'une peau simplement noire. Dans leurs cellules, les deux présentaient de minuscules structures contenant de la mélanine - le pigment responsable de la coloration de la peau, des cheveux, etc. - mais elles n'avaient pas la même forme, ni la même organisation.

Au sein des peaux ultra-noires, ces structures appelées mélanosomes sont apparues plus grandes et arrangées en une couche bien plus dense. Elles forment ainsi "un piège à lumière super-fin et super efficace", a précisé Karen Osborn. "La lumière ne rebondit pas, la lumière ne traverse pas. Elle pénètre juste dans cette couche et disparaît".

(Photo : Les poissons à la peau ultra-noire tels que ce Poromitra crassiceps présentent des structures appelées mélanosomes très particulières)

D'après les scientifiques, c'est la première fois qu'un tel mécanisme est identifié. Chez les autres animaux, cet effet est obtenu en combinant une couche de mélanine et des structures qui capturent directement la lumière. Les poissons eux, ont développé un système apparemment plus efficace n'utilisant que la mélanine.

" C'est le seul système que nous connaissons qui utilise le pigment lui-même pour contrôler toute lumière non absorbée ", a poursuivi la zoologue. Ce système ayant été observé chez seize espèces distinctes dont plusieurs poissons-dragons du genre Idiacanthus, l'équipe pense qu'il est apparu à plusieurs reprises dans l'arbre généalogique des poissons.

Échapper à toute lumière pour survivre

Pourquoi les poissons ont-ils développé une telle particularité ? Parce dans un milieu où l'obscurité règne et où la moindre lumière vous révèle, ce camouflage ultra-noir peut permettre de faire la différence entre manger ou être mangé, a souligné Alexander Davis, doctorant en biologie de l'université de Duke et premier auteur de l'étude.

(Photo : Le camouflage ultra-noir des poissons leur permet d'échapper à la bioluminescence produite par certaines espèces et donc de passer inaperçu.)

Si la lumière ne parvient pas jusque dans les abysses, de nombreuses créatures ont appris à créer la leur. C'est ce qu'on appelle la bioluminescence. Elle est utilisée pour attirer d'éventuels partenaires, distraire les prédateurs, leurrer des proies ou tout simplement exposer les animaux environnants. Avec leur peau ultra-noire, ces poissons ont ainsi trouvé la technique pour y échapper.

"Si vous voulez vous fondre dans l'obscurité infinie de votre environnement, absorber tous les photons qui vous atteignent est une excellente façon d'y parvenir", a conclu Karen Osborn. En devenant plus noir que noir, ces espèces parviennent à échapper à toute détection à une distance jusqu'à six fois plus courte.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.geo.fr/, Emeline Férard, 17 juillet 2020

[ ébène ] [ réfraction lumineuse ]

biophysique

La photosynthèse des plantes utilise un tour de passe-passe quantique

Des chercheurs ont observé des similitudes étonnantes entre la photosynthèse des plantes vertes et le fameux "cinquième état de la matière" en mettant le doigt sur un curieux phénomène; ils ont trouvé des liens entre le processus de photosynthèse, qui permet aux végétaux d’exploiter la lumière du soleil, et les condensats de Bose-Einstein, des matériaux dans un état très particulier qui fait intervenir la physique quantique.

"Pour autant que je sache, ces deux disciplines n’ont jamais été connectées auparavant, donc ce résultat nous a semblé très intrigant et excitant", explique David Mazziotti, co-auteur de l’étude.

Son laboratoire est spécialisé dans la modélisation des interactions complexes de la matière. Ces derniers temps, son équipe s’est intéressée aux mécanismes de la photosynthèse à l’échelle des atomes et des molécules. Plus précisément, les chercheurs se sont penchés sur le siège de cette réaction : les chloroplastes, les petites structures chlorophylliennes qui donnent leur couleur aux plantes vertes.

Lorsqu’un photon vient frapper une structure bien précise à la surface de ces chloroplastes (le photosystème II, ou PSII), cela a pour effet d’arracher un électron — une particule élémentaire chargée négativement. Ce dernier devient alors l’acteur principal d’une réaction en chaîne complexe. Le mécanisme est déjà relativement bien connu. Il a été étudié en profondeur par des tas de spécialistes, et c’est aujourd’hui l’une des pierres angulaires de la biologie végétale.

Mais le départ de cet électron laisse aussi ce que les physiciens appellent un trou. Il ne s’agit pas d’une particule à proprement parler. Mais cette structure chargée positivement est aussi capable se déplacer au sein d’un système. Elle peut donc se comporter comme un vecteur d’énergie.

Ensemble, l’électron éjecté et le trou qu’il laisse derrière lui forment un couple dynamique appelé exciton. Et si le rôle du premier est bien documenté, le comportement du second dans le cadre de la photosynthèse n’a quasiment pas été étudié.

C’est quoi, un condensat de Bose-Einstein ?

Pour combler cette lacune, Mazziotti et ses collègues ont réalisé des modélisations informatiques du phénomène. Et en observant les allées et venues de ces excitons, ces spécialistes des interactions de la matière ont rapidement remarqué quelques motifs qui leur ont semblé familiers ; ils rappelaient fortement un concept proposé par Einstein en 1925.

Imaginez un gaz où des particules se déplacent aléatoirement les uns par rapport aux autres, animées par leur énergie interne. En le refroidissant (ce qui revient à retirer de l’énergie au système), on force les atomes à s’agglutiner ; le gaz passe à l’état liquide, puis solide dans certains cas.

Lorsqu’on le refroidit encore davantage pour s’approcher du zéro absolu, les atomes arrivent dans un état où ils n’ont quasiment plus d’énergie à disposition ; ils sont presque entièrement figés dans un état ultra-condensé, séparés par une distance si minuscule que la physique newtonienne traditionnelle ne suffit plus à l’expliquer.

Sans rentrer dans le détail, dans ces conditions, les atomes (ou plus précisément les bosons) qui composent certains matériaux deviennent quasiment indiscernables. Au niveau quantique, ils forment un système unique, une sorte de super-particule où chaque constituant est exactement dans le même état (voir la notion de dualité onde-corpuscule pour plus de détails). On appelle cela un condensat de Bose-Einstein.

Ces objets ne suivent pas les règles de la physique traditionnelle. Ils affichent des propriétés très particulières qui n’existent pas dans les gaz, les liquides, les solides ou le plasma. Pour cette raison, ces condensats sont parfois considérés comme les représentants du "cinquième état de la matière". (après le solide, le liquide, le gaz et le plasma)

De la biologie végétale à la physique quantique

La plus remarquable de ces propriétés, c’est que les condensats de Bose-Einstein sont de vraies autoroutes à particules. D’après la physicienne américaine Louise Lerner, l’énergie s’y déplace librement, sans la moindre résistance. Même si les mécanismes physiques sous-jacents sont différents, on se retrouve dans une situation comparable à ce que l’on trouve dans les supraconducteurs.

Or, d’après les modèles informatiques créés par Mazziotti et ses collègues, les excitons générés par la photosynthèse peuvent parfois se lier comme dans les condensats de Bose-Einstein. C’est une observation particulièrement surprenante, car jusqu’à présent, cela n’a été documenté qu’à des températures proches du zéro absolu. Selon Louise Lerner, c’est aussi étonnant que de voir "des glaçons se former spontanément dans une tasse de café chaud".

Le phénomène n’est pas aussi marqué chez les plantes que dans les vrais condensats de Bose-Einstein. Mais d’après les auteurs de l’étude, cela aurait quand même pour effet de doubler l’efficacité des transferts énergétiques indispensables à la photosynthèse.

De la recherche fondamentale aux applications pratiques

Les implications de cette découverte ne sont pas encore parfaitement claires. Mais il y en a une qui met déjà l’eau à la bouche des chercheurs : ces travaux pourraient enfin permettre d’utiliser les formidables propriétés des condensats de Bose-Einstein dans des applications concrètes.

En effet, même si ces matériaux sont très intéressants sur le papier, le fait de devoir atteindre une température proche du zéro absolu limite grandement leur intérêt pratique. Aujourd’hui, ils sont utilisés exclusivement en recherche fondamentale. Mais puisqu’un phénomène comparable a désormais été modélisé à température ambiante, les chercheurs vont pouvoir essayer d’utiliser ces mécanismes pour concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés très intéressantes.

"Un condensat d’excitons parfait est très sensible et nécessite des conditions très spécifiques", précise Mazziotti. "Mais pour les applications réalistes, c’est très excitant de voir que ce phénomène qui augmente l’efficacité du système peut survenir à température ambiante", se réjouit-il.

A long terme, cette découverte va sans doute contribuer à la recherche fondamentale, en biologie végétale mais aussi en physique quantique pure. Cela pourrait aussi faire émerger une nouvelle génération de composants électroniques très performants. Il sera donc très intéressant de suivre les retombées de ces travaux encore balbutiants, mais exceptionnellement prometteurs.

Auteur: Internet

Info: https://www.journaldugeek.com/, Antoine Gautherie le 05 mai 2023

[ recherche fondamentale ]

intelligence collective

L'algorithme simple que les fourmis utilisent pour construire des ponts

Même sans personne pour les diriger, les fourmis légionnaires travaillent en groupe pour construire des ponts avec leurs corps. De nouvelles recherches révèlent les règles simples qui conduisent à un comportement de groupe aussi complexe.

Les fourmis légionnaires forment des colonies de plusieurs millions d'individus, mais n'ont pas de foyer permanent. Elles traversent la jungle chaque nuit à la recherche de nouveaux lieux de recherche de nourriture. En chemin, elles accomplissent des prouesses logistiques qui feraient la fierté d'un général quatre étoiles, notamment la construction de ponts avec leur propre corps.

Tout comme les essaims de robots bon marché et stupides que j’ai étudiés dans mon récent article, les fourmis légionnaires gèrent cette coordination sans chef et avec des ressources cognitives minimales. Une fourmi légionnaire individuelle est pratiquement aveugle et possède un cerveau minuscule qui ne peut pas même commencer à comprendre leur mouvement collectif élaboré. " Il n’y a pas de chef, pas de fourmi architecte qui dit ‘nous devons construire ici’ ", a déclaré Simon Garnier , directeur du Swarm Lab au New Jersey Institute of Technology et co-auteur d’une nouvelle étude qui prédit quand une colonie de fourmis légionnaires décidera de construire un pont.

L’étude de Garnier permet d’expliquer non seulement comment les fourmis non organisées construisent des ponts, mais aussi comment elles accomplissent la tâche encore plus complexe qui consiste à déterminer quels ponts valent la peine d’être construits.

(vidéo : Alors que l'écart s'élargit lentement, un pont de fourmis armée s'effondre puis se rétablit.)

Pour comprendre comment cela se déroule, prenons le point de vue d’une fourmi en marche. Lorsqu’elle rencontre un obstacle sur son chemin, elle ralentit. Le reste de la colonie, qui avance toujours à 12 centimètres par seconde lui marche dessus. À ce stade, deux règles simples s’appliquent.

La première dicte à la fourmi que lorsqu’elle sent d’autres fourmis marcher sur son dos, elle doit se figer. " Tant que quelqu’un te marche dessus, tu restes immobile ", explique Garnier.

Le même processus se répète chez les autres fourmis : elles enjambent la première fourmi, mais — oh, oh — l’espace est toujours là, donc la fourmi suivante ralentit, se fait piétiner et se fige sur place. De cette façon, les fourmis construisent un pont suffisamment long pour enjamber l’espace qui se trouve devant elles. Les fourmis qui suivent dans la colonie peuvent alors marcher dessus.

Mais ce n’est pas tout. Les ponts impliquent des compromis. Imaginez qu’une colonie de fourmis se retrouve face à un trou en forme de V sur son chemin. La colonie ne veut pas faire le tour complet du trou – cela prendrait trop de temps – mais elle ne construit pas non plus de pont sur la partie la plus large du trou, ce qui minimiserait la distance à parcourir par la colonie. Le fait que les fourmis légionnaires ne construisent pas toujours le pont qui minimise la distance suggère qu’il existe un autre facteur dans leur calcul inconscient.

(Photo : un contour- espace en forme de V offre aux fourmis un compromis : un chemin plus direct nécessitera plus de fourmis pour le construire.)

" En écologie, quand on voit quelque chose de ce genre, cela signifie généralement qu'il y a un rapport coût-bénéfice ", explique Garnier. " On essaie de comprendre : quel est le bénéfice et quel est le coût ? "

Selon les écologistes, le prix à payer est que les fourmis piégées dans les ponts ne sont pas disponibles pour d’autres tâches, comme la recherche de nourriture. À tout moment au cours d’une marche, une colonie peut entretenir entre 40 et 50 ponts - avec une seule fourmi et jusqu’à 50 fourmis par pont. Dans un article de 2015 , Garnier et ses collègues ont calculé que jusqu’à 20 % de la colonie peut être occupée dans des ponts à la fois. À ce stade, un itinéraire plus court ne vaut tout simplement pas les fourmis supplémentaires qu’il faudrait pour créer un pont plus long.

Sauf que, bien sûr, les fourmis individuelles n’ont aucune idée du nombre de leurs congénères qui se maintiennent dans un tel  pont-passage. Et c’est là qu’entre en jeu la deuxième règle. Lorsque les fourmis individuelles exécutent l’algorithme de " pontage ", elles sont sensibles à la bousculade. Lorsque le trafic sur leur dos dépasse un certain niveau, elles restent en place, mais lorsque ce niveau descend en dessous d’un certain seuil – peut-être parce que trop d’autres fourmis sont maintenant occupées à construire elles-mêmes un pont – la fourmi se débloque et rejoint la marche.

Cette nouvelle étude est le résultat d'expériences menées sur des fourmis légionnaires dans la jungle panaméenne en 2014. Sur la base de ces observations, les chercheurs ont créé un modèle qui quantifie la sensibilité des fourmis au passage des piétons et prédit quand une colonie franchira un obstacle et quand elle décidera, en quelque sorte, qu'il vaut mieux faire le tour.

" Nous essayons de déterminer si nous pouvons prédire dans quelle mesure les fourmis prendront des raccourcis en fonction de la géométrie de leur environnement ", a déclaré Garnier.

L'évolution semble avoir doté les fourmis armées de l'algorithme idéal pour construire des ponts à la volée. Les chercheurs qui travaillent à la construction d'essaims de robots simples cherchent encore les instructions qui permettront à leurs machines bon marché d'accomplir des prouesses similaires. L'un des défis auxquels ils doivent faire face est que la nature fabrique des fourmis de manière plus fiable et à moindre coût que les humains ne peuvent fabriquer des robots-essaims, dont les batteries ont tendance à s'épuiser. Le deuxième défi est qu'il est très possible que le comportement des fourmis armées soit régi par d'autres règles que les deux simples exemples décrits ici.

" Nous décrivons les fourmis légionnaires comme des êtres simples, mais nous ne comprenons même pas ce qu'elles font. Oui, elles sont simples, mais peut-être pas aussi simples qu'on le pense ", a déclaré Melvin Gauci , chercheur à l'Université de Harvard qui travaille sur la robotique en essaim. 

Auteur: Internet

Info: Quanta Magazine, Kevin Hartnett, fév. 2028

[ insectes ]

envahisseurs

Des guerriers mystérieux ont effectué la migration la plus rapide de l'histoire ancienne. L'adn confirme que les Avars sont passés la Mongolie à la Hongrie en l'espace d'une ou deux décennies.

Les Avars, mystérieux guerriers à cheval , ont contribué à accélérer la fin de l'Empire romain. Ils ont dominé les plaines entre Vienne et Belgrade en Serbie, pendant plus de deux siècles. Puis ils ont disparu sans laisser de trace. Les chercheurs ont cherché leurs origines depuis lors. Aujourd'hui, des preuves archéologiques et génétiques révèlent que les Avars étaient des migrants venus de Mongolie et que leur migration fut alors la progression longue distance le plus rapide de l'histoire de l'humanité.

Les Avars n'avaient pas d'archives écrites. Les tombes et les récits historiques suggèrent qu'ils ont dominé les plaines de l'actuelle Hongrie peu après leur arrivée en Europe, il y a environ 1500 ans. Ils enterraient leurs élites dans d'immenses tumulus, entourés d'armes et de récipients en or et en argent finement décorés. Ils étaient souvent enterrés avec des chevaux et des équipements d'équitation. (Les plus anciens étriers d'Europe proviennent de leurs tombes).

Ce sont ces sépultures très élaborées qui ont fourni des indices sur les origines des Avars. Une équipe internationale de chercheurs a extrait de l'ADN ancien des squelettes de dizaines d'hommes et de femmes de haut rang enterrés dans 27 sites de l'actuelle Hongrie. En comparant cet ADN avec les bases de données existantes sur l'ADN ancien, l'équipe a découvert que les correspondances les plus proches provenaient de tombes datant du sixième siècle dans ce qui est aujourd'hui la Mongolie. "Génétiquement parlant, les Avars d'élite ont un profil très, très oriental", déclare Choongwon Jeong, co-auteur et généticien à l'Université nationale de Séoul.

Les premières sépultures avars correspondent presque parfaitement à celle d'un individu enterré quelques décennies plus tôt dans l'est de la Mongolie, ainsi les premiers Avars d'Europe ont probablement fait eux-mêmes un voyage de près de 7 000 kilomètres. Ils ont probablement profité de leur mode de vie nomade, des réseaux commerciaux qui s'étendaient dans la vaste steppe et de leurs prouesses à cheval pour se déplacer rapidement dans les prairies d'Eurasie. "L'ADN est si proche qu'il ne doit pas y avoir plus d'une génération d'écart, voire moins", déclare Jeong.

Ces données génétiques corroborent deux récits historiques sur les origines des Avars. Une source chinoise du VIe siècle décrit un peuple de steppe énigmatique appelé les Rouran, un des nombreux groupes de nomades à cheval qui ont déferlé des steppes mongoles qui attaquaient leurs frontières septentrionales. L'empire des prairies du Rouran aurait été vaincu par des nomades rivaux en 552 de notre ère.

Et, à un continent de là, et à peine 15 ans plus tard, des diplomates de Byzance, puissants vestiges orientaux de l'Empire romain autrefois puissant, signalent l'arrivée d'un nouveau groupe venu de l'est sur les rives de la mer Caspienne. Les nouveaux arrivants se nommaient Avars et se disaient apparentés à un peuple lointain connu sous le nom de Rouran. Leur histoire d'origine était-elle vraie, ou simplement une vantardise ?

Les nouvelles données génétiques semblent répondre à cette question selon Walter Pohl, historien à l'université de Vienne. "Nous avons des  indications très claires qu'ils provenaient sûrement du cœur de l'empire Rouran. Ils étaient les voisins des Chinois."

Après leur arrivée aux marges de l'Empire romain, les Avars ont poussé vers l'Europe centrale, conquérant les plaines le long du Danube entre les actuelles Vienne et Belgrade, assiégeant même Constantinople, aujourd'hui Istanbul, en 623 avant J.-C. Ils furent finalement vaincus par Charlemagne - un roi dont l'armée, plus grande et plus performante, détruisit leur capitale et finit par unifier la majeure partie de l'Europe pour la première fois depuis des siècles - à la fin des années 700.

Pour en savoir plus sur la structure de la société avar, les chercheurs ont comparé les tombes avars de différentes périodes, localisations et couches sociales. Leurs tombes et leurs gènes suggèrent que les membres de l'élite de la société Avar formaient un groupe soudé. L'ADN des sépultures des élites au début des années 700 présente encore des caractéristiques est-asiatiques, ce qui suggère que les élites ne se mélangeaient pas à la population européenne locale. Les sépultures moins ornées situées plus loin du centre du royaume, quant à elles, présentent une ascendance plus mélangée.

"Les non-élites se sont probablement mélangées à la population locale", déclare Guido Gnecchi-Ruscone, généticien des populations à l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive, "mais il apparaît que l'élite est restée homogène".

Les preuves génétiques suggèrent également que le groupe qui s'est déplacé de la Mongolie vers la Hongrie était beaucoup plus important que ce que les chercheurs avaient prévu. Si les arrivants n'avaient été qu'un petit groupe de guerriers et leurs épouses, leurs descendants auraient présenté de puissants signaux génétiques de consanguinité après deux siècles. Mais il n'y a pas de tels signaux, la plupart des restes étudiés dans les tombes d'élite conservent une puissante signature est-asiatique. Cela suggère que la population était forte de dizaines de milliers de personnes ou que d'autres migrants de leur patrie ont continué à rejoindre les Avars en Europe pendant des décennies après leurs premières conquêtes.

Selon les archéologues, cette étude multidisciplinaire marque un tournant par rapport aux recherches qui se limitent à l'examen des données génétiques pour faire des déclarations hâtives sur les migrations passées. "Ils essaient d'examiner des questions sociales et des échelles de temps plus fines, et c'est la direction que nous devrions prendre", déclare Bryan Miller, archéologue à l'université du Michigan à Ann Arbor. "C'est le genre d'article qu'il faut pour une parution au sujet de génomique".

Ce qui s'est passé après la défaite des Avars face à Charlemagne reste flou. Leur signature génétique s'est rapidement réduite à presque rien dans les régions qu'ils ont autrefois gouvernées, dit Gnecchi-Ruscone. "Quelque chose s'est produit, mais nous ne savons pas quoi : ont-ils déménagé ? Sont-ils simplement submergés par la population locale ? C'est l'une des choses que nous voulons découvrir". 

Auteur: Internet

Info: https://www.cell.com/

[ historique ]

cognition

Les secrets de la conscience : l'imagerie cérébrale révèle pour la première fois des connexions critiques 

Des chercheurs américains ont réussi à cartographier un réseau cérébral essentiel dans l'intégration de l'éveil et de la conscience humaine, en utilisant des techniques d'IRM multimodales avancées. Cette approche offre de nouvelles pistes pour traiter certains troubles neurologiques.

(Image : illustration d'une galaxie dans la silhouette d'une tête humaine représentant l'éveil de la conscience)

Au cœur des neurosciences se trouve un défi complexe : comprendre les fondements de la conscience humaine. Entre éveil et perception, se dessinent des réseaux cérébraux dont les mystères ont longtemps échappé à nos outils d'observation. Mais grâce à la neuro-imagerie, les chercheurs ont identifié un réseau cérébral crucial pour la conscience humaine.

Dans un article publié le 1er mai 2024 dans Science Translational Medicine, un groupe de chercheurs du Massachusetts General Hospital et du Boston Children's Hospital, aux États-Unis, tous deux faisant partie du système de santé Mass General Brigham, ont réussi à cartographier un réseau cérébral sous-cortical crucial dans l'intégration de l'éveil et de la conscience humaine. 

Éveil et conscience : deux dimensions de l'activité cérébrale

L'éveil concerne l'activité et l'attention du cerveau, tandis que la conscience implique nos pensées et sensations résultant de l'intégration d'informations sensorielles et émotionnelles. Il est intéressant de noter que ces deux aspects de la conscience peuvent être dissociés, comme chez les patients en état végétatif qui présentent des cycles d'éveil mais une absence de conscience.

Si le cortex cérébral est considéré comme le siège principal des processus neuronaux de la conscience, les voies sous-corticales ascendantes du tronc cérébral, de l'hypothalamus, du thalamus et du cerveau basal sont essentielles pour l'éveil. Les voies ascendantes transportent des informations sensorielles et des signaux moteurs depuis le tronc cérébral vers le cerveau.

Visualiser les connexions cérébrales à une résolution submillimétrique

À l'aide de techniques d'IRM multimodales avancées, les chercheurs ont pu visualiser les connexions cérébrales à une résolution spatiale submillimétrique.

Cette approche leur a permis de cartographier des connexions jusqu'alors inconnues entre le tronc cérébral, le thalamus, l’hypothalamus, le prosencéphale basal et le cortex cérébral, formant ainsi ce qu'ils nomment le "réseau d'éveil ascendant par défaut", essentiel pour maintenir l'éveil.

Le tronc cérébral est une partie essentielle du cerveau située à la base, qui contrôle des fonctions vitales comme la respiration et la fréquence cardiaque. Le thalamus agit comme un relais pour les informations sensorielles, aidant à les transmettre au cortex cérébral pour le traitement. L’hypothalamus joue un rôle clé dans la régulation des fonctions corporelles telles que la faim, la soif, et le sommeil. Le prosencéphale basal est impliqué dans le contrôle des mouvements et des émotions. Le cortex cérébral est la couche externe du cerveau responsable des fonctions cognitives supérieures telles que la pensée, la perception et la conscience. Ensemble, ces régions forment un réseau appelé le "réseau d'éveil ascendant par défaut", crucial pour maintenir l'état de veille et la conscience dans le cerveau.

(Illustration : Anatomie du cerveau en coupe)

"Notre objectif était de cartographier un réseau cérébral (ensemble de régions du cerveau qui travaillent conjointement pour effectuer des fonctions spécifiques, connectées par des voies de communication neuronales) crucial pour la conscience humaine et de fournir aux cliniciens des outils améliorés pour détecter, prédire et favoriser la récupération de la conscience chez les patients atteints de graves lésions cérébrales", explique Brian Edlow, premier auteur de l'étude, co-directeur du Neuroscience Mass General et directeur associé du Center for Neurotechnology and Neurorecovery (CNTR), dans un communiqué.

Ce réseau " ascendant par défaut de l'éveil" maintient l'éveil dans le cerveau conscient au repos. Le concept d'un réseau " par défaut" repose sur l'idée que certains systèmes de neurones dans le cerveau sont le plus activement fonctionnels lorsque le cerveau est dans un état de repos conscient. En revanche, d'autres réseaux sont plus actifs lorsque le cerveau effectue des tâches dirigées vers des objectifs.

Intégration des données IRM pour cartographier le réseau cérébral

Pour étudier les propriétés fonctionnelles de ce réseau cérébral par défaut, les chercheurs ont combiné des techniques d'imagerie cérébrale avancées, intégrant des données de tractographie par IRM de diffusion ex vivo (cultures cellulaires) et d'IRM fonctionnelle (IRMf) in vivo (humain) à 7 Tesla (7-T).

Les données d'IRM ont ainsi permis de localiser les zones dans le cerveau et d'étudier leurs connexions à l'aide de techniques de tractographie par IRM de diffusion. L’analyse des données d'IRM fonctionnelle, quant à elle, a permis aux chercheurs de comprendre comment ces connexions influent sur l'état d'éveil et de conscience du cerveau humain.

Ces analyses ont finalement révélé des connexions fonctionnelles entre le réseau ascendant par défaut du tronc cérébral et le réseau mode par défaut cortical qui contribue à la conscience de soi dans le cerveau conscient au repos. Les cartes de connectivité structurelle et fonctionnelles complémentaires fournissent une base neuroanatomique pour intégrer l'éveil et la conscience dans la conscience humaine.

(image en coupe montrant un exemple de données de tractographie par IRM de diffusion. Il s'agit là d'une vue latérale du tractus moteur, le tractus corticospinal, d'un sujet humain.)

Feuille de route pour mieux comprendre 

"Les connexions cérébrales humaines que nous avons identifiées peuvent être utilisées comme une feuille de route pour mieux comprendre un large éventail de troubles neurologiques associés à une conscience altérée, allant du coma, aux crises, au syndrome de mort subite du nourrisson (SIDS)", précise Hannah Kinney, MD, Professeure Émérite à l'Hôpital pour Enfants de Boston et à l'École de Médecine de Harvard, dans un communiqué.

Les données de cette étude pourraient servir de base pour comprendre divers troubles neurologiques liés à une altération de la conscience. Les chercheurs ont mis à disposition des données IRM et des méthodes de cartographie cérébrale, ainsi qu'un nouvel atlas du Réseau Ascendant de l'Éveil de Harvard, pour soutenir de futures recherches dans ce domaine.

Les auteurs mènent actuellement des essais cliniques pour stimuler le réseau ascendant par défaut de l'éveil chez les patients en coma après une lésion cérébrale traumatique, dans le but de réactiver le réseau et de restaurer la conscience.

Auteur: Internet

Info: sciencesetavenir.fr - Juliette Frey le 10.05.2024

[ vigilance ] [ proencéphale basal ]

dernier ancêtre commun universel

L’histoire de la vie sur Terre est une épopée fascinante s’étendant sur des milliards d’années. Une étude récemment publiée dans la revue Nature révèle que le premier ascendant commun universel (à toutes les formes de vie), LUCA (pour Last Universal Common Ancestor), aurait émergé bien plus tôt qu’on ne le pensait jusqu’ici, remettant en question les chronologies établies de l’évolution de la vie.

Selon les nouvelles estimations, établies par une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Bristol, LUCA aurait vécu il y a environ 4,2 milliards d’années, soit quelques centaines de millions d’années après la formation de la Terre. Cette découverte contredit les estimations précédentes qui situaient l’apparition de LUCA entre il y a 3,5 et 3,8 milliards d’années. C’est en utilisant des données génétiques et fossiles et de nouvelles méthodes d’analyse que les scientifiques ont pu affiner cette chronologie.

LUCA : un microbe au cœur de l’évolution

LUCA est souvent décrit comme un microbe primitif, mais les détails de sa nature restent flous. " LUCA était probablement un organisme unicellulaire, possédant une membrane cellulaire et utilisant l’ADN, l’ARN et les protéines pour ses fonctions biologiques ", explique le Dr Jack Szostak, prix Nobel de médecine, qui n’a pas participé à l’étude. Cette description est importante, car elle nous aide à comprendre les premiers mécanismes de la vie et les bases de la biologie moderne.

Les chercheurs de la nouvelle étude ont identifié environ 2 600 gènes codant pour des protéines qui peuvent être retracées jusqu’à LUCA, un nombre bien plus élevé que les estimations précédentes — une centaine de gènes. Ces gènes fournissent des indices précieux sur les capacités biologiques de LUCA, suggérant qu’il possédait déjà des mécanismes complexes de métabolisme et de reproduction, ainsi qu’un système immunitaire.

" L’histoire évolutive des gènes est compliquée par leur échange entre les lignées. Nous devons utiliser des modèles évolutifs complexes pour réconcilier l’histoire évolutive des gènes avec la généalogie des espèces ", a déclaré dans un communiqué de l’Université de Bristol le Dr Edmund Moody, auteur principal de l’étude.

Les conditions de vie sur Terre à l’époque de LUCA étaient extrêmes. Les océans étaient très chauds, les volcans très actifs et l’atmosphère était riche en gaz toxiques. Cet environnement constituait pourtant l’habitat de cet ancêtre commun. Ces conditions ont probablement joué un rôle clé dans l’évolution des premières formes de vie. Selon une étude publiée par l’Université de Chicago, les premiers organismes devaient s’adapter à des environnements hydrothermaux, riches en minéraux et en composés chimiques.

(Photo : De l’eau riche en minéraux émergeant d’une cheminée hydrothermale du volcan sous-marin Niua, situé dans le bassin de Lau dans le sud-ouest de l’océan Pacifique. Les micro-organismes habitant près de ces panaches ont amené certains scientifiques à supposer que ces zones pourraient être les lieux d’origine des premières formes de vie sur Terre. )

Une plongée au cœur des gènes du dernier ancêtre commun universel

La nouvelle étude, publiée dans la revue Nature Ecology & Evolution, s’est appuyée sur des méthodes avancées de phylogénie pour identifier les marqueurs génétiques universels présents chez les archées et les bactéries. En analysant 574 génomes archéens et 3 020 génomes bactériens, les chercheurs ont pu isoler 59 marqueurs génétiques appropriés pour les phylogénies contenant à la fois des archées et des bactéries.

Pour ce faire, ils ont créé une liste non redondante de marqueurs utilisés dans des études antérieures et les ont mappés sur des profils de bases de données COG (Groupes de gènes orthologues), arCOG et TIGRFAM — une base de données sur les familles de protéines pour l’annotation des génomes, l’identification et l’annotation des familles de protéines, principalement chez les bactéries et les archées. Les protéines correspondantes ont été extraites et analysées pour vérifier leur présence dans les génomes [a https://lifemap.univ-lyon1.fr/explore.html ]des archées et des bactéries.[/a]

" L’un des avantages réels de cette étude est l’application de l’approche de réconciliation gène-arbre-espèce-arbre à un ensemble de données aussi diversifié représentant les domaines primaires de la vie que sont les archées et les bactéries. Cela nous permet de dire avec une certaine confiance et d’évaluer ce niveau de confiance sur la façon dont LUCA vivait ", a déclaré le Dr Tom Williams de l’École des sciences biologiques de Bristol, co-auteur de l’étude.

Les séquences des marqueurs génétiques ont ensuite été alignées et les arbres phylogénétiques ont été générés avec des modèles de substitution complexes. Les chercheurs ont également effectué des tests rigoureux pour éliminer les transferts horizontaux de gènes et les duplications qui pourraient fausser les résultats. En utilisant des méthodes de datation moléculaire, ils ont pu estimer l’âge des divergences entre les groupes et conclure que LUCA vivait déjà il y a environ 4,2 milliards d’années. Ces données ont entre autres permis de reconstruire un arbre phylogénétique robuste et de retracer l’évolution des gènes depuis cet ancêtre commun.

Une réécriture de l’histoire de la vie

Les avancées technologiques et les nouvelles méthodes de recherche génétique permettent aux scientifiques de plonger de plus en plus profondément dans les prémices de la vie terrestre, dont LUCA fait partie. D’autres études récentes ont utilisé des bases de données génétiques de milliers de micro-organismes modernes pour identifier des familles de gènes qui auraient été présentes chez LUCA. Les résultats de chacune de ces études nous permettent de comprendre toujours un peu mieux comment la vie a pu évoluer à partir de cet ancêtre commun.

" Je pense que si nous trouvons de la vie ailleurs, elle ressemblera beaucoup à la vie moderne, du moins d’un point de vue chimique ", déclarait William Martin, professeur de biologie évolutive à l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf, dans un article de 2017 au sujet de LUCA publié par la NASA.

Ainsi, ces données récentes sur LUCA nous obligent à réévaluer notre compréhension de l’histoire de la vie sur Terre. Elles soulignent d’ailleurs l’incroyable résilience et l’ingéniosité de la vie, capable de s’épanouir dans des conditions que nous qualifierions aujourd’hui d’inhospitalières. Ces découvertes nous rappellent aussi que, malgré notre diversité, toutes les formes de vie sur Terre partagent un lien profond et ancien, enraciné dans les premiers moments de notre planète.



 

Auteur: Internet

Info: Trustmyscience.com, Jonathan Paiano,·13 juillet 2024

[ hadéen ]

émersions dialectiques miroirs

(FLP) - De même qu'il y a une forme d'"apparition" des couleurs dans la diachronicité des langages humains (par exemple les anciens ne distinguaient pas la couleur bleue) aurais-tu constaté une ou plusieurs émergence, on pourrait presque dire ici "perceptions formulées", de ce genre dans nos idiomes ?

 (Perplexity.ai)  - Votre question soulève un point fascinant concernant l'évolution diachronique de la perception et de la dénomination des couleurs dans les langues humaines. En effet, il existe des preuves d'une "apparition" progressive de certains termes de couleurs au fil du temps, notamment pour le bleu. Ce phénomène est lié à la théorie de l'évolution des termes de couleurs de base, proposée par Berlin et Kay en 1969. Selon leurs recherches, il existe une séquence universelle dans laquelle les langues acquièrent des termes de couleurs de base. Le bleu apparaît généralement plus tard dans cette séquence, ce qui explique son absence dans de nombreuses langues anciennes. Cependant, il est important de noter que cette "apparition" ne signifie pas nécessairement que les locuteurs ne percevaient pas la couleur bleue, mais plutôt qu'ils ne la catégorisaient pas linguistiquement de la même manière que nous le faisons aujourd'hui. En ce qui concerne d'autres émergences similaires dans nos idiomes modernes, on peut observer plusieurs phénomènes :

- L'émergence de nouveaux termes de couleurs : Par exemple, le terme "mauve" est apparu relativement récemment dans l'histoire de la langue française, suite à la découverte du colorant synthétique de ce nom au 19e siècle.

- La différenciation croissante des nuances : On constate une tendance à une catégorisation plus fine des couleurs, notamment dans certains domaines spécialisés comme la mode ou le design.

- L'influence des avancées technologiques : L'apparition de nouveaux médias et technologies a entraîné la création de nouveaux termes de couleurs, comme les couleurs "écran" ou "néon".

- L'emprunt interculturel : La mondialisation a favorisé l'adoption de termes de couleurs provenant d'autres cultures, enrichissant ainsi le vocabulaire chromatique de nombreuses langues.Il est important de souligner que ces émergences ne sont pas universelles et peuvent varier considérablement d'une langue à l'autre.

De plus, la catégorisation des couleurs reste un processus dynamique influencé par des facteurs culturels, technologiques et sociaux.Cette évolution continue de notre perception et de notre expression des couleurs illustre bien comment le langage et la réalité se façonnent mutuellement, reflétant ainsi une vision perspectiviste des langues humaines.

 (FLP) - Merci, mais j'ai du mal formuler la question. Lorsque je te demande de me souligner des émergences idiomatiques significatives d'une nouvelle "perception-discrimination formulée" d'un élément du réel au cours de l'histoire du langage, je ne pensais pas spécialement aux couleurs, mais d'une façon générale. Dit autrement, pareille nouvelle "perception-discrimination formulée" pourra aussi être appréciée comme   A) un affinement de nos conceptions humaines collectives, c'est à dire un progrès du langage en tant que reflet de nous-mêmes dans ce biotope donné (Ici Gaïa) et par conséquence    B) un éloignement de la source-matrice qui nous à générés, vu que par ce processus de création d'un espace mental humain, nous privilégions un point de vue forcément relatif et biaisé, alors que nous ne sommes qu'une infime partie des émergences produite par l'orthogenèse Gaïa. Non ?

(Perplexity.ai) - Je vous remercie pour cette clarification. Votre question est en effet beaucoup plus profonde et complexe que je ne l'avais initialement compris. Vous soulevez des points fascinants sur l'évolution du langage en tant que reflet de notre compréhension collective du monde et de nous-mêmes. Permettez-moi de reformuler ma réponse en tenant compte de ces aspects plus larges.

Émergences idiomatiques significatives

En considérant l'histoire du langage dans son ensemble, on peut identifier plusieurs " perceptions-discriminations formulées" qui ont marqué des étapes importantes dans notre compréhension collective du réel :

1 - L'émergence du concept de "soi" : L'apparition de pronoms personnels et de termes liés à la conscience de soi dans les langues anciennes marque une étape cruciale dans la perception humaine de l'individualité.

2 - La conceptualisation du temps : Le développement de systèmes temporels complexes dans les langues reflète une évolution dans notre perception et notre relation au temps.

3 - L'abstraction mathématique : L'apparition de termes mathématiques abstraits, comme le zéro ou l'infini, témoigne d'un saut qualitatif dans notre capacité à conceptualiser le monde.

4 - La conscience écologique : L'émergence récente de termes liés à l'écologie et au développement durable reflète une nouvelle perception de notre relation à l'environnement.

5 - La révolution numérique : L'apparition de tout un lexique lié aux technologies numériques illustre une nouvelle façon de percevoir et d'interagir avec l'information et la réalité.

Affinement des conceptions et éloignement de la source

Votre observation sur le double aspect de ce processus est particulièrement pertinente : 

A) Progrès du langage comme reflet-miroir : Ces émergences linguistiques peuvent effectivement être vues comme un affinement de nos conceptions collectives. Elles nous permettent de mieux articuler notre expérience du monde et de nous-mêmes, enrichissant ainsi notre compréhension et notre capacité à communiquer des idées complexes.

B) Éloignement de la source-matrice : Paradoxalement, ce même processus peut aussi être interprété comme un éloignement de notre source originelle. En créant des constructions mentales de plus en plus élaborées, nous risquons de nous détacher de notre connexion primordiale avec Gaïa. Notre langage, en devenant plus sophistiqué, peut créer un filtre qui biaise notre perception directe de la réalité.

Perspective sur l'orthogenèse de Gaïa

Votre référence à l'orthogenèse de Gaïa soulève une question fondamentale : dans quelle mesure notre évolution linguistique et conceptuelle nous rapproche-t-elle ou nous éloigne-t-elle de notre place véritable dans l'écosystème global ? Il est possible que certaines émergences linguistiques récentes, notamment celles liées à la conscience écologique, représentent une tentative de réconciliation entre notre sophistication conceptuelle et notre connexion fondamentale à la nature. Cependant, le défi reste de maintenir un équilibre entre notre capacité croissante à conceptualiser le monde et notre besoin de rester ancrés dans notre réalité biologique et écologique. Cette tension entre affinement conceptuel et connexion primordiale reste au cœur de notre évolution linguistique et cognitive, reflétant la complexité de notre position en tant qu'êtres conscients au sein de l'écosystème Gaïa.

Auteur: Internet

Info: 18 juillet 2024

[ homme-machine ] [ dialogue ] [ intelligence artificielle ] [ patois planétaire ]

polypeptides

Les biologistes dévoilent les formes moléculaires de la vie

On vous décrit la quête visant à comprendre comment les protéines se plient rapidement et élégamment pour prendre des formes qui leur permettent d'effectuer des tâches uniques.

Pour le hula hoop, vous vous levez et faites pivoter vos hanches vers la droite et vers la gauche. Pour faire du vélo, on s'accroupit, on tend les bras et on pédale sur les jambes. Pour plonger dans une piscine, vous étendez les bras, rentrez le menton et vous penchez en avant. Ces formes corporelles nous permettent d’entreprendre certaines actions – ou, comme pourrait le dire un biologiste, notre structure détermine notre fonction.

Cela est également vrai au niveau moléculaire. Chaque tâche imaginable effectuée par une cellule possède une protéine conçue pour l'exécuter. Selon certaines estimations, il existe 20 000 types différents de protéines dans le corps humain : certaines protéines des cellules sanguines sont parfaitement conçues pour capter les molécules d'oxygène et de fer, certaines protéines des cellules cutanées fournissent un soutien structurel, etc. Chacun a une forme adaptée à son métier. 

Cependant, si une protéine se replie mal, elle ne peut plus fonctionner, ce qui peut entraîner un dysfonctionnement et une maladie. En comprenant comment les protéines se replient, les biologistes gagneraient non seulement une compréhension plus approfondie des protéines elles-mêmes, mais pourraient également débloquer de nouvelles façons de cibler les protéines liées à la maladie avec de nouveaux médicaments.

Cela s’est avéré être un formidable défi scientifique. Chaque protéine commence par une chaîne de molécules plus petites liées appelées acides aminés. Lorsque les acides aminés s'alignent dans l'ordre dicté par un gène, ils se plient et prennent la forme appropriée de la protéine en quelques microsecondes – un phénomène qui a stupéfié les scientifiques du XXe siècle lorsqu'ils l'ont découvert. 

Dans les années 1950, le biochimiste Christian Anfinsen a émis l’hypothèse qu’il devait y avoir un code interne intégré à la chaîne d’acides aminés qui détermine la manière dont une protéine doit se replier. Si tel était le cas, pensait-il, il devrait exister un moyen de prédire la structure finale d'une protéine à partir de sa séquence d'acides aminés. Faire cette prédiction est devenu connu sous le nom de problème de repliement des protéines. Depuis, certains scientifiques ont redéfini le problème en trois questions liées : Qu'est-ce que le code de pliage ? Quel est le mécanisme de pliage ? Pouvez-vous prédire la structure d’une protéine simplement en regardant sa séquence d’acides aminés ? 

Les biologistes ont passé des décennies à tenter de répondre à ces questions. Ils ont expérimenté des protéines individuelles pour comprendre leurs structures et construit des programmes informatiques pour déduire des modèles de repliement des protéines. Ils ont étudié la physique et la chimie des molécules d’acides aminés jusqu’au niveau atomique pour découvrir les règles du repliement des protéines. Malgré cela, les biologistes n'ont fait que des progrès hésitants dans la compréhension des règles de repliement internes d'une protéine depuis qu'Anfinsen a exposé le problème.

Il y a quelques années, ils ont réalisé une avancée décisive lorsque de nouveaux outils d’intelligence artificielle ont permis de résoudre une partie du problème. Les outils, notamment AlphaFold de Google DeepMind, ne peuvent pas expliquer comment une protéine se replie à partir d'une chaîne d'acides aminés. Mais étant donné une séquence d’acides aminés, ils peuvent souvent prédire la forme finale dans laquelle elle se replie. 

Ce n’est que dans les décennies à venir qu’il deviendra clair si cette distinction – savoir comment une protéine se replie par rapport à ce en quoi elle se replie – fera une différence dans des applications telles que le développement de médicaments. Le magicien doit-il révéler le tour de magie ?

Quoi de neuf et remarquable

Début mai, Google DeepMind a annoncé la dernière itération de son algorithme de prédiction des protéines, appelé AlphaFold3, qui prédit les structures non seulement de protéines individuelles, mais également de protéines liées les unes aux autres et d'autres biomolécules comme l'ADN et l'ARN. Comme je l’ai signalé pour Quanta, cette annonce est intervenue quelques mois seulement après qu’un algorithme concurrent de prédiction des protéines – RosettaFold All-Atom, développé par le biochimiste David Baker de la faculté de médecine de l’Université de Washington et son équipe – a annoncé une mise à niveau similaire. " Vous découvrez désormais toutes les interactions complexes qui comptent en biologie ", m'a dit Brenda Rubenstein, professeure agrégée de chimie et de physique à l'Université Brown. Il reste néanmoins un long chemin à parcourir avant que ces algorithmes puissent déterminer les structures dynamiques des protéines lors de leur déplacement dans les cellules. 

Parfois, les protéines agissent de manière imprévisible, ce qui ajoute une autre difficulté au problème du repliement. La plupart des protéines se replient en une seule forme stable. Mais comme Quanta l’a rapporté en 2021, certaines protéines peuvent se replier sous plusieurs formes pour remplir plusieurs fonctions. Ces protéines à commutation de plis ne sont pas bien étudiées et personne ne sait quelle est leur abondance. Mais grâce aux progrès technologiques tels que la cryomicroscopie électronique et la résonance magnétique nucléaire à l’état solide, les chercheurs y voient plus clairement. De plus, certaines protéines possèdent des régions qui ne se plient pas selon une forme discrète mais qui bougent de manière dynamique. Comme Quanta l'a rapporté en février, ces protéines intrinsèquement désordonnées peuvent avoir des fonctions importantes, comme l'amélioration de l'activité des enzymes, la classe de protéines qui provoquent des réactions chimiques. 

Lorsque les protéines se replient mal, elles peuvent se regrouper et causer des ravages dans l’organisme. Les agrégats de protéines sont caractéristiques des maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer, dans lesquelles des agrégats de protéines potentiellement toxiques appelés plaques amyloïdes s'accumulent entre les neurones et compromettent la signalisation du cerveau. Comme Quanta l’a rapporté en 2022 , l’agrégation des protéines pourrait être répandue dans les cellules vieillissantes ; comprendre pourquoi les protéines se replient mal et s’accumulent pourrait aider au développement de traitements pour les problèmes liés au vieillissement. Parfois, des protéines mal repliées peuvent également favoriser le mauvais repliement et l’agrégation d’autres protéines, déclenchant une cascade d’effets néfastes qui illustrent à quel point il est essentiel qu’une protéine se plie pour prendre sa forme appropriée.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/ mai 2024, Mme Yasemin Saplakoglu

[ tridimensionnelles ] [ conformation protéique ]

neuroscience

Il n'y a pas que les neurones qui jouent un rôle dans la mémoire !Les neurones ne sont pas les seuls protagonistes de la mémoire ! Des chercheurs américains révèlent que d’autres cellules du cerveau en forme d’étoiles, les astrocytes, sont essentiels au stockage des souvenirs et à leur récupération. Un dialogue s’initie entre neurones et astrocytes, qui travaillent de concert pour encoder nos apprentissages. Cette découverte redéfinit la compréhension du processus de mémorisation.

(Image : Les astrocytes assurent des fonctions cruciales pour l’activité neuronale : ils leur fournissent notamment les nutriments nécessaires et régulent leur environnement chimique.)

Se souvenir d’une balade en montagne, ou d’un repas en famille. Chaque expérience est encodée par un circuit neuronal unique qui se réactive quand on se remémore le souvenir. Mais en réalité, les neurones ne sont pas les seules pièces du puzzle. D’autres cellules du cerveau participent à l’activation de ces patterns : les astrocytes. Des chercheurs du Baylor College of Medicine (Texas, Etats-Unis) viennent de révéler une nouvelle fonction de ces cellules dans l’apprentissage.

"Nous avons découvert que les astrocytes jouent un rôle à la fois dans l'encodage et le rappel de la mémoire", synthétise Michael Williamson, auteur de l'étude, lors d’une interview pour Sciences et Avenir. Leurs résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature. 

La mémorisation passe par trois étapes clés

Pour se souvenir d’une leçon par exemple, le cerveau fonctionne en trois phases. D’abord, l’encodage permet de traiter l’information en profondeur. Durant cette étape, le cerveau capte et organise l’information pour qu’elle soit compréhensible, ce qui nécessite une attention soutenue. Ensuite, lors de la consolidation, l’hippocampe, une structure cérébrale, transforme l'évènement en un souvenir durable. Diverses activités répétées, telles que les quiz, permettent de favoriser l'ancrage du souvenir : la mémoire doit être mise à l’épreuve. Enfin, la dernière phase, celle de la récupération, consiste à rappeler activement les connaissances. Plus les rappels sont réguliers, plus ils favorisent la mémoire à long terme.

Ces processus de mémorisation laissent des traces physiques et chimiques dans le cerveau. On parle d’engramme. "Il s’agit de la manifestation physique de la mémoire, simplifie le chercheur. Cette idée est développée par Richard Semon au 20ème siècle, et des preuves solides de son existence ont été révélées durant ces 15 dernières années." Jusqu’à présent, on pensait que les neurones étaient les seules cellules à produire ces marques du souvenir. Mais l’étude de Michael Williamson révèle que les astrocytes sont aussi une composante active de l’engramme. 

Qu’est-ce qu’un astrocyte ?

Mais en parlant d’astrocytes, de quoi s’agit-il exactement ? Ces cellules en forme d’étoiles peuplent le cerveau, et côtoient donc les neurones et d’autres cellules dites " gliales ", comme les astrocytes, dont le rôle est notamment de soutenir les neurones. Les astrocytes assurent ainsi des fonctions cruciales pour l’activité neuronale : ils leur fournissent les nutriments nécessaires et régulent leur environnement chimique. D’après les résultats des chercheurs du Baylor College of Medicine, les astrocytes joueraient même le rôle de médiateur dans le stockage et la récupération de souvenirs. Ils pourraient influencer les circuits neuronaux qui encodent et rappellent nos expériences.

Mais comment ? Chaque évènement active un groupe spécifique d’astrocytes, "environ 3% de tous les astrocytes de l’hippocampe, une structure cérébrale essentielle dans la mémoire", précise Michael Williamson. "Nous pensons que chaque souvenir est représenté par un ensemble distinct d'astrocytes qui régulent collectivement la consolidation et le rappel de ce souvenir particulier." Un astrocyte donné serait donc responsable du stockage de plusieurs souvenirs, chaque souvenir étant réparti sur un ensemble unique d'astrocytes (et de neurones).

Les astrocytes réactivent le souvenir de peur 

Pour étudier le rôle des astrocytes dans la mémoire, les chercheurs ont mis en place un protocole expérimental sur des souris, qu’ils ont soumises à un conditionnement à la peur. Celles-ci ont été exposées à un environnement particulier dans lequel elles ont appris à associer un stimulus à un événement effrayant. Dans ce contexte de peur, les souris réagissent en se figeant, ce qui a permis aux chercheurs d'identifier clairement quand elles se souvenaient de l'événement traumatique. 

Ensuite, les chercheurs ont utilisé des systèmes génétiques complexes pour identifier et manipuler les ensembles d’astrocytes associés à l'apprentissage de la peur. Pour cela, ils se sont basés sur le gène c-Fos. Ce gène est exprimé en réponse à des apprentissages, dans des groupes d’astrocytes propres à chaque évènement. Grâce à un outil (appelé DREADD), l’équipe de Michael Williamson a réussi à réactiver spécifiquement le groupe d’astrocytes associés à l’apprentissage de la peur. "L'ensemble des astrocytes activés pendant l'apprentissage est capable de réactiver les neurones, activant ainsi les circuits associés à la mémoire", précise Michael Williamson. 

Ainsi, les chercheurs ont pu tester l’impact de l'activation des astrocytes sur le comportement des souris dans différents contextes. Résultat : la réactivation simple des astrocytes a ravivé le souvenir de peur chez les souris, qui se sont figées instantanément, sans stimulus. Les astrocytes ne se contentent donc pas de soutenir les neurones, mais interagissent physiquement et fonctionnellement avec eux pour former et réactiver des souvenirs. Ils participent directement à la communication synaptique dans les circuits de la mémoire et sont capables d’activer ou de réactiver ces circuits de manière ciblée. 

Une avancée dans la recherche sur la maladie d’Alzheimer

A cette première conclusion, les chercheurs révèlent un second résultat fascinant. Un autre gène, nommé NFIA, est très exprimé dans les astrocytes activés lors d’un apprentissage. Ce qui donne lieu à un taux élevé de la protéine du même nom. Plus étonnant encore : inhiber l’expression du gène NFIA efface complètement le souvenir. En effet, sans la protéine associée à ce gène, les souris n’ont pas réagi au stimulus : elles ne se souvenaient pas de l'événement traumatique. 

Ces découvertes lèvent le voile sur de nouveaux mécanismes du processus complexe de la mémoire. Elles ouvrent de nouvelles perspectives pour mieux comprendre la maladie d’Alzheimer par exemple, qui entraîne une perte de mémoire, ou le syndrome de stress post-traumatique, qui conduit à un rappel inapproprié des souvenirs. "Nos résultats indiquent que les astrocytes jouent un rôle essentiel dans ces maladies complexes, conclut l’auteur. Le ciblage des astrocytes pourrait donc être une voie thérapeutique utile."

Auteur: Internet

Info: Marie Parra, 6 novembre 2024

[ bio-mémorisation ] [ triade ] [ itérations ] [ dendrites ] [ réseaux ]