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Souvenirs pour le futur. Projets et utopies en physiologie de la perception et de l’action

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Alain Berthoz

Leçon de clôture prononcée
le 17 mars 2010

Texte intégral

1Monsieur l’Administrateur,
Monsieur le Directeur général,
Mes chers collègues,
Mes chers confrères et chères consœurs,
Chers amis,
Mesdames, Messieurs,

  • 1  Titulaire de la chaire Communications cellulaires de 1976 à 2006.
  • 2  C’est grâce au Cnes que nous avons pu mener de nombreux vols spatiaux pour étudier l’influence de (...)

2Voici venu ce moment particulier de clore plus de quinze années d’enseignement au Collège de France dans le cadre de la chaire Physiologie de la perception et de l’action, à laquelle j’ai eu l’immense privilège d’être élu par ceux qui devaient devenir mes collègues, et pour beaucoup mes amis. Je n’oublie pas que c’est Jean-Pierre Changeux1 qui a présenté ma candidature. Je lui suis profondément reconnaissant de la confiance qu’il m’a faite, et qui n’a jamais failli. Il est venu m’offrir cette extraordinaire chance, alors que dans les caves des Cordeliers, à deux pas d’ici, nous tentions de construire une physiologie au carrefour des neurosciences, de la neurologie et de la biologie théorique, avec le soutien du CNRS (Centre national de la recherche scientifique) et du Cnes2 (Centre national d’études spatiales).

  • 3  Alain Berthoz (1999).

3J’ai choisi d’attribuer le nom de physiologie à cette chaire. Selon Claude Bernard, la physiologie se caractérise par la coordination des parties au tout, ce qui exige une approche interdisciplinaire. Cette chaire s’est inscrite dans une longue tradition qui a vu mes prédécesseurs se préoccuper de comprendre les fondements physiologiques et psychologiques, et la pathologie des relations entre le corps, le cerveau et l’esprit. J’ai d’ailleurs rassemblé certaines des leçons inaugurales de ces professeurs dans un volume3.

  • 4  Titulaire de la chaire Neurophysiologie de 1972 à 1991. Il est décédé en 2012.
  • 5  Titulaire de la chaire Neuropharmacologie de 1982 à 2006 et administrateur du Collège de France de (...)
  • 6  Titulaire de la chaire Médecine expérimentale de 1989 à 2012 et administrateur du Collège de Franc (...)
  • 7  Il est décédé en 2013.

4J’ai eu l’occasion de revenir sur mon parcours et sur le rôle de mes maîtres lors de ma leçon inaugurale. Je voudrais toutefois rendre hommage à Yves Laporte4, pour ses conseils et son exemple, à Jacques Glowinski5, qui a veillé à notre installation dans le cadre de son magnifique et généreux travail de rénovation du Collège de France, à l’ensemble des personnels et à Pierre Corvol6, qui sait développer, avec sagesse et audace, le dynamisme de notre maison. Je voudrais aussi remercier mon maître, Pierre Buser7, et formuler notre regret de la disparition d’Arlette Buser, avec qui j’ai eu tant d’échanges sur ses découvertes concernant les rythmes du cerveau.

*

5J’ai respecté la règle du Collège en proposant un enseignement nouveau chaque année. Il fut en grande partie orienté et fécondé par les questions que posaient nos recherches, mais aussi par l’ensemble de l’activité scientifique de notre laboratoire, de ses cadres, de ses chercheurs, de ses personnels techniques et administratifs et de ses visiteurs, que je remercie du fond du cœur, sans pouvoir les citer tous.

  • 8  Il est décédé en 2020.
  • 9  L’Unité de l’homme. Invariants biologiques et universaux culturels (1974).
  • 10  De 1984 à 1986, puis de 1988 à 1993.
  • 11  De 1988 à 1992.
  • 12  De 1997 à 2000.
  • 13  L’Isir (Institut des systèmes intelligents et de robotique), à Paris, a depuis réussi à établir de (...)

6J’ai puisé dans notre communauté à la fois la substance et la force de relever les défis de cet enseignement. J’ai bénéficié du mouvement des sciences de la cognition, que j’ai fondé avec mes amis et collègues : Michel Imbert, qui en fut le premier initiateur, Jean Petitot, Jacques Mehler8, Daniel Andler, Pierre Jacob et quelques autres. Comme l’avait montré, peu avant, un magnifique colloque à Royaumont sur « L’unité de l’homme9 », il fallait franchir les frontières des sciences de la vie, des sciences physiques et des mathématiques, et travailler avec les sciences humaines et sociales. Ce fut chose faite grâce au soutien d’Hubert Curien, ministre de la Recherche et de la Technologie10, de Lionel Jospin, ministre de l’Éducation nationale11, et du CNRS, qui lancèrent plusieurs programmes de sciences de la cognition. Claude Allègre, lorsqu’il fut à son tour ministre de l’Éducation nationale, de la Recherche et de la Technologie12, reprit le flambeau et eut l’idée, par exemple, d’un institut de neuro-robotique qui, s’il ne rencontra pas l’enthousiasme des roboticiens de l’époque, pourrait être aujourd’hui un beau projet, à la charnière de la robotique et des neurosciences13.

  • 14  Titulaire de la chaire Grammaire et pensée allemandes de 1986 à 1998.
  • 15  Alain Berthoz (1997).
  • 16  Titulaire de la chaire Littératures modernes de l’Europe néolatine de 1999 à 2020.
  • 17  Voir Alain Berthoz, Carlo Ossola et Brian Stock (dir.) (2013) ; Alain Berthoz et Carlo Ossola (dir (...)
  • 18  Titulaire de la chaire Philosophie des sciences biologiques et médicales de 2000 à 2009.
  • 19  Titulaire de la chaire Philosophie du langage et de la connaissance de 1995 à 2010.
  • 20  Titulaire de la chaire Métaphysique et philosophie de la connaissance depuis 2010.
  • 21  Titulaire de la chaire Anthropologie de la nature de 2000 à 2019.
  • 22  Titulaire de la chaire Équations différentielles et systèmes dynamiques de 1996 à 2016. Il est déc (...)
  • 23  Titulaire de la chaire Histoire de l’art européen médiéval et moderne de 2001 à 2012.
  • 24  Alain Berthoz et Roland Recht (dir.) (2005).
  • 25  Titulaire de la chaire Littératures de la France médiévale de 1995 à 2016.
  • 26  Guillemette Bolens (2008).
  • 27  Titulaire de la chaire Études juridiques comparatives et internationalisation du droit de 2003 à 2 (...)
  • 28  Alain Berthoz, « Le relatif et l’universel dans les fonctions cognitives », séminaire « Hominisati (...)
  • 29  Alain Berthoz, « Adaptation du rôle du système vestibulaire dans le passage mer-terre », séminaire (...)
  • 30  Titulaire de la chaire Religion, institutions et société de la Rome antique de 2001 à 2016.

7Enfin, au sein même du Collège de France, je me suis nourri de l’apport de mes amis biologistes, mais aussi de mes collègues issus d’autres disciplines : le regretté grammairien Jean-Marie Zemb14, qui fut sensible à ma citation de Faust dans mon livre Le Sens du mouvement15 et qui m’initia aux textes d’Aristote ; le spécialiste de littérature moderne de l’Europe néolatine Carlo Ossola16, qui me fit si généreusement bénéficier de son immense culture et de son profond esprit humaniste – nous partageâmes plusieurs aventures intellectuelles aux frontières de nos disciplines sur des sujets très généraux17. J’ai aussi échangé de façon fructueuse avec de nombreux autres professeurs : les philosophes Anne Fagot-Largeault18, Jacques Bouveresse19 et, récemment, Claudine Tiercelin20, qui m’invitèrent à participer à leurs enseignements ou colloques ; l’anthropologue Philippe Descola21, avec qui fut organisé un séminaire commun sur les référentiels spatiaux ; le mathématicien Jean-Christophe Yoccoz22, qui participa à nos séminaires de modélisation ; l’historien de l’art Roland Recht23, avec qui nous organisâmes le colloque de rentrée sur « Les espaces de l’homme24 » ; l’éminent spécialiste de littérature médiévale Michel Zink25, avec qui j’organise un séminaire demain, en collaboration avec Guillemette Bolens (université de Genève), autrice d’un merveilleux livre sur le geste en littérature26 ; Mireille Delmas-Marty27, qui m’associa au séminaire « Hominisation, humanisation28 », et Pierre Corvol au séminaire « Sortir de l’eau ou le passage de la vie aquatique à la vie terrestre29 » ; enfin, John Scheid30, spécialiste de l’histoire de Rome, que j’évoquerai plus loin. Conformément à sa devise Docet omnia, le Collège de France est une véritable abbaye de Thélème de l’enseignement, mais il représente également un lieu de convivialité scientifique pour la communauté des professeurs et facilite, pour qui le souhaite, les échanges transdisciplinaires.

8Je suis reconnaissant au Collège de m’avoir permis de donner cet enseignement dans de nombreuses villes étrangères. Je voudrais en profiter pour remercier brièvement l’équipe de la régie technique qui a accompagné, avec une remarquable efficacité et gentillesse, mes cours et les très nombreuses réunions que j’ai eu l’occasion d’organiser avec France Maloumian, qui réalisa mes images puisque, tel Melchiade dans le roman de Gabriel García Márquez, je suis un montreur d’images. Entourée de l’équipe technique du laboratoire, elle appliqua le proverbe « par le travail, effacer la trace du travail ». Tous ont soutenu cet enseignement et nos recherches pendant ces dix-sept années.

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9J’ai bâti le contenu de mon enseignement sur des thèses qui en ont fait l’unité : par exemple, le caractère fondamentalement multisensoriel de la perception et l’importance de sens trop méconnus comme la proprioception et le système vestibulaire. On parle des cinq sens et par là on ignore le rôle de la proprioception et du système vestibulaire qui ne possèdent pas uniquement des fonctions perceptives et motrices. Tous deux participent aux fonctions cognitives les plus élevées : mémoire spatiale pour la navigation, identité, sentiment et conscience de soi, ou encore empathie. Nous y reviendrons par la suite.

  • 31  Alain Berthoz (1997).

10Mes recherches m’ont également amené à défendre, contre la vision axiomatique de David Hilbert, la thèse de la perception comme action simulée31, ce qu’avait proposé Henri Poincaré, soutenu par Albert Einstein. Les fondements de la géométrie doivent aussi être cherchés dans l’action – même dans les muscles –, écrivait Poincaré. La remarquable découverte des neurones miroirs, par Giacomo Rizzolatti, a donné à ces théories une base physiologique essentielle, mais elle n’épuise pas le sujet.

  • 32  Alain Berthoz (20092).
  • 33  Alain Berthoz et Yves Christen (dir.) (2009).

11À l’instar de Jean-Pierre Changeux, Jacques Droulez et d’autres, j’ai par ailleurs documenté l’idée que le cerveau projectif impose ses règles d’interprétation au monde sensible32 : je parle, à titre de provocation bien sûr, de « terrorisme de la perception ». D’où mon intérêt pour la notion d’Umwelt due à Jacob von Uexküll33.

  • 34  Alain Berthoz (20091). Voir aussi Alain Berthoz et Jean-Luc Petit (dir.) (2014).

12Enfin, j’ai émis l’hypothèse que les nombreuses lois simplificatrices, pour beaucoup encore mystérieuses, ont été mises en place au cours de l’évolution pour la perception et l’action. Elles sont communes au contrôle des mouvements des yeux, de la main, de la génération de trajectoires locomotrices, mais aussi à d’autres activités humaines. Je les ai regroupées sous le concept de « simplexité », titre d’un de mes livres34. Mais mon enseignement avait aussi un autre but, plus profond, plus général. L’avenir dira s’il fut utopique.

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  • 35  « René Cassin, une pensée ouverte sur le monde moderne », Collège de France, 22 octobre 1998.
  • 36  Elle est décédée en 2017.

13Né en 1939, je fus sauvé de la barbarie par des femmes héroïques qui, soutenues par toute la communauté des habitants de Dieulefit, me cachèrent à l’école de Beauvallon. J’ai donc pris très vite la mesure de la tragédie liée à la haine de l’autre, au fanatisme, et éprouvé les enjeux de la tolérance. J’ai également pris conscience de la souffrance des travailleurs. Effrayé par le monde dans lequel je grandissais, j’ai rêvé d’un monde meilleur et construit des utopies. J’ai été marqué par le courage et l’exemple patriotique de ma famille : celui de mon père résistant dans les maquis de la Drôme et celui de mon grand-oncle, René Cassin, prix Nobel de la paix et corédacteur de la Déclaration universelle des droits de l’homme, animé d’un joyeux et indestructible optimisme. Durant toute sa vie, il se sera efforcé de réduire les haines entre religions et d’accorder à chacun une dignité. Nous avons d’ailleurs organisé, au Collège de France et en collaboration avec l’Institut international des droits de l’homme de Strasbourg, précisément fondé par mon grand-oncle, un colloque sur les droits de l’homme et de l’enfant35 ; Simone Veil36 et plusieurs éminents juristes y participèrent. J’ai aussi admiré mon parrain, Alexandre Minkowski, grand neuropédiatre, pour son travail sur la résilience des enfants de la guerre : j’ai participé à sa tentative de création d’un grand programme mondial interdisciplinaire sur l’enfant, qui n’a malheureusement pas vu le jour jusqu’à présent.

  • 37  Alain Berthoz (2003). Voir aussi Alain Berthoz et Didier Naud (dir.) (2009).
  • 38  Voir Angela Minzoni et Éléonore Mounod (2016). Ce livre est consacré à la simplexité et à son util (...)

14Les actions d’hommes et de femmes dits « de bonne volonté » et qui, dans le monde, ont œuvré inlassablement pour réduire la souffrance et faire progresser la tolérance m’impressionnent. C’est pour cette raison que les thèmes de mon enseignement ont toujours porté sur l’impact des connaissances en neurosciences sur les grandes questions sociétales et philosophiques, pour ne pas dire politiques. Mais je n’étais pas seul car toute une génération a eu ce souci. J’ai choisi, par exemple, de donner un cours sur la décision et les relations entre raison et émotion. Les livres qui en résultèrent37, outre les idées scientifiques qu’ils contiennent, étaient destinés à modifier l’attitude froide et rationnelle des décideurs pour restituer à la dimension émotionnelle toute son importance dans les processus de décision – que ce soit dans la vie privée, l’industrie, la magistrature ou la direction des affaires de la société. Ce travail m’a ouvert la voie de passionnants échanges dans les secteurs de l’économie, du management, de la justice et de la banque38. Il me fit réaliser l’ampleur de la crise des modèles de management, qui ne sont pas totalement étrangers à l’échec récent des modèles financiers, oublieux de l’homme, et qui a touché des millions de personnes et conduit beaucoup au suicide. Je suis particulièrement reconnaissant envers Didier Naud de m’avoir accompagné dans cette démarche.

  • 39  « Autisme, cerveau et développement. De la recherche à la pratique », Journées de l’Arapi (Associa (...)
  • 40  Alain Berthoz et Jean-Louis Vercher (dir.) (2006).
  • 41  L’enregistrement de ce colloque est disponible sur le site internet du Collège de France : https:/ (...)
  • 42  Il est décédé en 2017.

15La thématique des bases neurales des multiples mécanismes de l’attention fut également l’occasion d’échanges féconds avec des psychiatres, pédiatres et pédagogues. Mes cours sur le regard et l’émotion me permirent d’introduire la problématique de l’interaction avec autrui. Ils furent associés à un grand colloque sur l’autisme39, qui réunit associations de parents, cliniciens, généticiens, psychologues et éducateurs. Lors de mes leçons sur le cerveau et les espaces, je pus non seulement démontrer la multiplicité des stratégies cognitives de représentation de l’espace, mais aussi mettre en œuvre des travaux de « réalité virtuelle40 » – alors même que cette technologie était naissante – et des coopérations avec les cliniciens. L’an dernier, c’est la question des bases neurales de l’identité, dont j’ai mis en évidence le caractère dynamique, entre mémoire du passé et prédiction du futur, qui était au cœur de mon cours. Ce dernier a été prolongé par un grand colloque sur « Travail, identités, métier : quelles métamorphoses41 ? », organisé avec Yves Clot, psychologue du travail. Il avait pour dessein de refonder une recherche sur les métamorphoses du travail et des métiers dans le monde moderne. Ce colloque fut suivi d’une journée organisée au Sénat, avec le sénateur Jack Ralite42 qui m’a fait le privilège d’une amitié fidèle, dont l’objectif était de tenter de stimuler (avec, il faut le dire, peu de succès, tandis que les années suivantes prouvèrent que notre démarche était pionnière) l’intérêt des grandes institutions et des syndicats pour la question de la mutation profonde du travail et de ses conséquences. Il nous fallait relancer une recherche inter- et multidisciplinaire sur le travail, pratique ayant disparu du CNRS en particulier, alors qu’existaient, dans les années 1970, de grands laboratoires de physiologie, de psychologie et de sociologie du travail.

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16Cependant, pour faire un cours au Collège de France, il ne suffit pas de traiter de thèmes aux frontières des connaissances et de quelques idées théoriques. Un physiologiste se doit d’apporter des preuves expérimentales qui exigent de nouvelles approches. Pour ce faire, le laboratoire a bien sûr travaillé avec des modèles animaux, car il n’y a pas de physiologie sans cette démarche qui doit respecter les règles de l’éthique. Aujourd’hui encore, des équipes, comme celle de Sidney Wiener, étudient les bases neurales de la mémoire spatiale en utilisant des techniques modernes telles que l’enregistrement multi-électrodes (nous avions mis au point cette technique grâce à une coopération avec Bruce McNaughton, dans le cadre des expériences à bord de la navette spatiale américaine) ; d’autres, comme celle de Chantal Milleret, étudient le développement du système visuel en recourant à la technique innovante de l’imagerie optique.

  • 43  Laurent Petit, Christophe Orssaud, Nathalie Tzourio, Georges Salamon, Bernard Mazoyer et Alain Ber (...)
  • 44  Olivier Ghaem, Emmanuel Mellet, Fabrice Crivello, Nathalie Tzourio, Bernard Mazoyer, Alain Berthoz(...)
  • 45  Marie-Hélène Grosbras, Élie Lobel, Pierre-François Van der Moortele, Denis Le Bihan et Alain Berth (...)

17Je continuerai mes recherches sur l’homme et la femme, enfant et adulte. Je mesure la chance que nous avons eue lorsque André Syrota, au CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives), nous a donné accès aux premiers équipements d’imagerie cérébrale : par exemple, la caméra à émissions de positons nous a permis d’effectuer les premiers enregistrements de l’activité cérébrale liée d’abord aux mouvements des yeux43, avec Bernard Mazoyer, puis à la mémoire spatiale, avec Michel Denis44. Denis Le Bihan a ensuite mis au point l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et en a facilité l’usage pour les chercheurs. Grâce à eux, je crois ainsi compter parmi les premiers utilisateurs, en France, de ces méthodes d’exploration du cerveau humain dans le contexte de l’étude des fonctions cognitives45. De même, la poursuite des coopérations avec les neurologues et les psychiatres de l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière et de l’hôpital de Grenoble, qui nous ont ouvert leurs portes, favorisera l’approfondissement de nos connaissances sur les bases neurales de diverses pathologies.

18L’enseignement de ces dernières années a donc pu reposer sur des bases empiriques. Néanmoins, si la physiologie exige des thèmes, des hypothèses et des techniques, elle exige également des modèles mathématiques ou physiques qui permettent de formuler des hypothèses quantifiables. J’ai eu l’honneur de travailler avec des théoriciens et je souhaite exprimer ma reconnaissance notamment envers Jean-Jacques Slotine, Jean-Paul Laumond et Daniel Bennequin, roboticiens et mathématiciens, mais aussi envers Jean-Arcady Meyer, Nicolas Brunel et Jean-Pierre Nadal, pour leurs contributions exceptionnelles à notre réflexion.

  • 46  Alain Berthoz et Jean-Luc Petit (dir.) (2006).

19La physiologie ne peut se passer d’une pensée plus générale, issue de la philosophie, sur le fonctionnement du cerveau. Je n’ai aucune compétence en la matière, mais j’ai eu la chance que Jean-Luc Petit, spécialiste d’Edmund Husserl, ait accepté de partager nos aventures. Ensemble, nous avons organisé des entretiens sur la phénoménologie et l’action, et écrit un livre46, résultat de nos confrontations et des multiples discussions que nous avons eues avec de nombreux philosophes : en particulier, Claude Debru, Francisco Varela, Natalie Depraz et Jean-Michel Roy.

  • 47  Il est décédé en 2018.

20Une autre chance exceptionnelle fut celle de bénéficier de la générosité des éditions Odile Jacob et de leur directeur, Bernard Gotlieb. Odile Jacob, grâce à sa passion pour la diffusion des sciences, m’a donné l’opportunité de combiner à la fois le défi et le plaisir d’écrire des livres. Ces derniers représentent un espace de liberté et de pensée complémentaire de celui du Collège de France et des publications scientifiques traditionnelles. J’ai par ailleurs pu profiter du travail éditorial de Gérard Jorland47, philosophe et historien des sciences.

21Pourquoi avoir choisi d’évoquer mes projets et utopies dans cette leçon de clôture ? Bien que je parte officiellement à la retraite le 1er septembre 2010, et si l’assemblée des professeurs m’y autorise, j’espère pouvoir continuer mon travail au Collège de France, dans le cadre de l’UMR 7152. Sidney Wiener dirige notre laboratoire depuis un an. Plusieurs projets concrets y sont en cours, que je souhaiterais désormais exposer brièvement, avant de lancer quelques idées utopiques.

Le système vestibulaire

22Les capteurs du système vestibulaire – à savoir les canaux semi-circulaires et les otolithes – appartiennent à l’ensemble des capteurs sensoriels : nous possédons en effet davantage que cinq sens. Ces capteurs mesurent les accélérations et les translations de la tête dans l’espace, et ont une fonction dans le contrôle de la posture et de la direction du regard. Ils rendent possible un certain nombre de mouvements acrobatiques et, grâce au réflexe vestibulo-oculaire, que les oto-rhino-laryngologistes évaluent, ils maintiennent l’image du monde stabilisée sur la rétine. Nous avons décrit les réseaux neuronaux qui permettent de mesurer les mouvements de la tête, ainsi que leur contribution au système visuel. Cependant, des concepts généraux étaient nécessaires pour comprendre la physiologie de ces réseaux. Il y a plus de quarante ans, nos amis et collègues ingénieurs au Massachusetts Institute of Technology (MIT), notamment, proposèrent l’idée que le cerveau était doté de « modèles internes » de ces capteurs. Il s’agit de réseaux neuronaux qui simulent les propriétés mécaniques des capteurs et grâce auxquels le cerveau peut anticiper les réponses de ces derniers. Des modèles mathématiques de ces propriétés ont été construits à partir de ces observations. Jacques Droulez a développé, par exemple, un modèle bayésien de la perception vestibulaire du mouvement. Cette approche bayésienne, qui fait l’objet de nombreuses collaborations avec des roboticiens à l’échelle de projets européens, est importante car elle introduit les notions d’incertitude et de relation entre passé et anticipation du futur. La plupart des modélisations du système vestibulaire, mais aussi de la fusion multisensorielle, ne prennent pas suffisamment en compte ces questions.

  • 48  Depuis, ce projet a été couronné de succès : plusieurs patients ont été implantés. Néanmoins, de g (...)

23Bien que le cerveau ne soit pas un opérateur bayésien, cette approche théorique est extrêmement féconde : elle est d’ailleurs adoptée par un très grand nombre de laboratoires. C’est le cas d’un projet européen coordonné par le laboratoire du roboticien Paolo Dario, à Pise, et l’équipe de Cecilia Laschi, avec qui nous partageons, depuis plusieurs années, des études sur les aspects de l’interface neurosciences-robotique, en coopération avec d’autres laboratoires en Europe, aux États-Unis et au Japon ; l’objectif étant de créer un implant vestibulaire. Aujourd’hui, il existe des implants cochléaires, mais aucun moyen pour remplacer les capteurs vestibulaires déficients, alors même que des enfants naissent sans ce système ou sont atteints de maladies qui l’affectent, et qu’il constitue l’une des premières fonctions sensorielles altérée par le vieillissement. Ce projet réunit des électroniciens, des mécaniciens, des roboticiens et un clinicien à Genève48.

24En parallèle, et au sein même de ce projet d’implant vestibulaire, nous menons – en particulier avec Benoît Girard et de très brillants étudiants italiens – une recherche théorique pour un réexamen des modèles et du fonctionnement des capteurs vestibulaires, et notamment des canaux semi-circulaires et des deux otolithes. Daniel Bennequin a élaboré une théorie extrêmement intéressante, issue des mathématiques les plus avancées, pour reconsidérer pourquoi et comment ces capteurs nous permettent d’effectuer des mouvements extraordinairement complexes dans l’espace. Nous pensons aujourd’hui que le modèle classique, à savoir que les canaux semi-circulaires et les otolithes figurent un modèle euclidien traditionnel de la représentation de l’espace, doit être dépassé. Il s’agit là d’un chantier à la fois passionnant et difficile à mettre en œuvre car il se situe à la frontière avec les mathématiques et suppose l’implémentation concrète de ces capteurs.

  • 49  Ce projet a abouti et a conduit à une thèse, mais aussi à plusieurs publications, dont l’une est p (...)

25Depuis maintenant un an, j’ai la chance d’être impliqué dans un projet tout à fait nouveau sur l’évolution du système vestibulaire, et ce avec des collègues du Muséum national d’histoire naturelle (Philippe Taquet, Philippe Janvier et Ronan Allain), spécialistes de l’évolution et, en particulier, de celle des dinosaures et des poissons. Cette question de l’évolution du système vestibulaire s’est imposée à moi à partir du constat suivant : les oiseaux descendent des dinosaures qui se seraient vu pousser des ailes. J’ai émis l’hypothèse que cette aptitude à quitter le sol et à s’envoler pouvait être liée à une évolution des performances et des capacités de cette centrale inertielle qui habite notre tête et qui nous permet de faire un saut périlleux, de gagner les Jeux olympiques ou de faire du surf sur des vagues vertigineuses. Un étudiant, Romain David, s’intéresse précisément à l’évolution du système vestibulaire49, en collaboration avec Daniel Bennequin.

  • 50  L’existence de ce double, et son rôle possible dans la relation avec les avatars virtuels, sont de (...)

26Dès les années 1930, le neurologue canadien Wilder Penfield suggérait que le rôle du système vestibulaire dépassait l’intégration multisensorielle. Selon lui, par ses projections sur le cortex cérébral, le système vestibulaire contribuait à des fonctions cognitives relevant non seulement des fonctions sensori-motrices, des stabilisations du corps ou de la tête, mais aussi des fonctions de représentation de l’espace et de construction de la conscience de soi. En partenariat avec les équipes du docteur Philippe Kahane, épileptologue à l’hôpital Nord de Grenoble, nous avons examiné tous les points corticaux de stimulation électrique appliqués à des patients épileptiques. Les enregistrements décrivaient les illusions que ressentaient ces patients lorsque nous stimulions, d’une part, le cortex vestibulaire, c’est-à-dire la zone du cerveau qui reçoit les informations vestibulaires, et, d’autre part, toute une série de structures dans le lobe temporal, sur le sillon temporal supérieur, à savoir le cortex vestibulaire périsylvien. Nous avons constaté que ces stimulations induisaient, comme l’avait déjà observé Wilder Penfield, des illusions de sortie du corps, et qu’il s’agissait donc d’une région décisive pour la construction de la cohérence du corps et pour les interactions avec l’espace. Grâce à l’IRM fonctionnelle, nous avons par ailleurs pu identifier le cortex vestibulaire à la jonction temporo-pariétale, mais aussi tout un réseau interne au cortex. À Lausanne, Olaf Blanke a démontré qu’un patient épileptique chez qui cette zone était stimulée, éprouvait lui aussi des illusions de sortie du corps : cette impression classique de regarder, depuis le plafond, son propre corps couché sur un lit. Des recherches récentes ont également prouvé le rôle de la jonction temporo-pariétale dans la relation avec autrui et la création d’un « double virtuel »50. Je voudrais citer notamment le travail réalisé par Monica Zilbovicius, à Orsay, qui a mis en lumière une hypoactivité dans toute cette zone chez les enfants et chez les patients autistes.

27Ce champ d’études doit encore être approfondi, mais une nouvelle « neurophysiologie sociale » émerge d’ores et déjà. Derrière tout cela, se profilent des enjeux concernant la psychiatrie et la neurologie.

Figure 1. Les nouveaux paradigmes pour l’étude des interactions
avec des créatures virtuelles.

Figure 1. Les nouveaux paradigmes pour l’étude des interactions avec des créatures virtuelles.

« Devenez avatar », projet d’étude de l’interaction avec des créatures virtuelles (avatars numériques), est installé au Collège de France. Un individu se tient debout. Il porte un casque de réalité virtuelle dans lequel il se voit en train de voler. Il contrôle néanmoins la direction de son vol grâce à son corps. Des mesures physiologiques ont permis d’appréhender les modifications de l’état du sujet lorsqu’il s’identifie à l’avatar.
Le projet « DualCorps » est une performance d’immersion intensive dans un monde virtuel (collaboration artistique avec Claire Sistach et Soizic Sanson). Pendant deux semaines, les deux artistes ont été séparées physiquement, mais unies par un programme de réalité virtuelle. Dans l’univers « Second Life », elles sont représentées sous la forme d’avatars jumeaux qui agissent et interagissent. Grâce à des mesures comportementales et physiologiques, nous avons pu analyser les effets de cette gémellité.

[À gauche] © E. A. Amato, E. Perenni, G. Gorisse et S. Richir.
[À droite] © Labex Arts-H2H / graphisme : Studio Des Signes, Muchir Desclouds.

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  • 51  Alain Berthoz et Gérard Jorland (dir.) (2004).
  • 52  Ce rôle de l’inhibition dans la relation avec autrui est discuté dans mon livre L’Inhibition créat (...)

28Dans la continuité de ces études, nous avons proposé que les concepts d’« empathie » et de « sympathie » soient distingués. Cette suggestion émanait d’un travail issu de discussions avec Gérard Jorland sur le thème de l’empathie ; nous avons publié ensemble les actes d’un séminaire51 organisé dans le cadre de mon cours. Ce n’est que très récemment que les recherches sur le concept d’« empathie », décrit largement par les philosophes allemands, ont exploré ses bases neurales. Le concept de « sympathie », en revanche, avait fait l’objet d’analyses plus nombreuses. Qu’est-ce que la sympathie ? En bref, la sympathie consiste à éprouver de l’émotion pour un individu tout en restant soi-même : observant la tristesse de l’un d’entre vous, je reste à ma place et deviens moi-même triste. Je suis en résonance avec autrui ; je peux utiliser non seulement le système miroir, découvert par Giacomo Rizzolatti, mais aussi tous ceux qui ont été décrits comme relevant de la contagion émotionnelle. L’empathie n’est pas cette résonance. Si vous souffrez et que je veux vous aider, je dois pouvoir percevoir les raisons de votre souffrance – quitter mon corps d’une certaine façon – et me mettre à votre place pour voir le monde de votre point de vue. Mais pour vous aider réellement, je dois rester à ma place et éventuellement être capable d’inhiber la douleur que vous ressentez, donc ne pas être en résonance émotionnelle52. Il s’agit d’un mécanisme extrêmement complexe, que nous n’avons pas fini de sonder, mais sur lequel des expériences sont menées.

  • 53  Bérangère Thirioux, Manuel R. Mercier, Olaf Blanke et Alain Berthoz (2014).

29Nous nous sommes inspirés d’un paradigme proposé par le psychologue Alexander Bavelas, qui permet de différencier sympathie et empathie, comme l’avaient envisagé les philosophes allemands Robert Vischer et Theodor Lipps. Nous avons collaboré avec Marie-Hélène Tramus et Michel Bret (département des arts numériques de l’université Paris 8) dans le cadre du projet de recherche « L’interactivité “intelligente” ». Tous deux ont créé une funambule virtuelle. Face à cette funambule qui dansait se tenait un sujet avec un balancier, dont nous avons observé les mouvements. Soit il l’imitait en se penchant en miroir, soit il effectuait mentalement une rotation pour se mettre à sa place : dans ce second cas, il devait se pencher de l’autre côté (ces comportements correspondent respectivement à la sympathie et à l’empathie). Grâce à notre collaboration avec le neurologue Olaf Blanke, à Lausanne (où Bérangère Thirioux, philosophe qui étudie ces questions dans notre laboratoire, est allée enregistrer l’activité cérébrale par électroencéphalographie), nous avons par ailleurs pu constater l’activation de deux réseaux cérébraux selon que le sujet adoptait l’attitude « en sympathie » – c’est-à-dire de résonance – ou bien « en empathie » – c’est-à-dire qu’il faisait comme s’il se mettait à la place de l’autre53 (fig. 2).

Figure 2. Deux réseaux pour la sympathie et l’empathie.

Figure 2. Deux réseaux pour la sympathie et l’empathie.

Deux stratégies cognitives de prise de perspective possibles dans l’interaction avec autrui.
Le premier schéma (à gauche) représente le paradigme du funambule. Un sujet, debout, tient un balancier ; l’image d’une funambule virtuelle est projetée sur un écran. De manière spontanée, ou en réponse à l’instruction de « faire comme la funambule », le sujet se penche vers la gauche ou vers la droite lorsque la fumambule effectue l’une ou l’autre de ces actions. Des capteurs permettent d’enregistrer l’inclinaison du balancier.
Le second schéma (à droite) illustre, d’une part, le comportement « en sympathie » – symétrie de réflexion : le sujet se penche vers la gauche lorsque la funambule se penche vers la droite – et, d’autre part, le comportement « en empathie » – symétrie de rotation : le sujet change de point de vue, se met à la place de la funambule et se penche lui aussi vers la droite. L’enregistrement de l’activité électro-encéphalographique montre que des aires différentes du cerveau sont impliquées dans les deux comportements. Ces réseaux corticaux coïncident en partie avec ceux identifiés comme participant aux phénomènes d’autoscopie et d’héautoscopie.

Source : Bérangère Thirioux, Gérard Jorland, Michel Bret, Marie-Hélène Tramus et Alain Berthoz, « Walking on a line: A motor paradigm using rotation and reflection symmetry to study mental body transformations », Brain and Cognition, vol. 70, 2009, p. 191-200 (DOI : 10.1016/j.bandc.2009.02.006). © 2009, avec l’autorisation d’Elsevier.
Voir aussi Bérangère Thirioux, Manuel R. Mercier, Olaf Blanke et Alain Berthoz, « The cognitive and neural time course of empathy and sympathy: An electrical neuroimaging study on self-other interaction », Neuroscience, vol. 267, 2014, p. 286-306 (DOI: 10.1016/j.neuroscience.2014.02.024).

30Nous allons poursuivre ces recherches sur la relation avec autrui, dont l’enjeu est très général. Itzhak Fried, aux États-Unis, et moi-même avons notamment le projet d’aller enregistrer l’activité neuronale de patients lors de tâches similaires. C’est un chantier extrêmement intéressant qui demande une convergence de données issues des neurosciences, des technologies nouvelles et des échanges avec nos amis neurologues et neuropsychologues, et peut-être demain psychiatres. Cette expérience est en cours chez des patients schizophrènes : nous espérons pouvoir travailler avec eux sur ce paradigme.

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  • 54  Alain Berthoz (2013).

31Nous avons de surcroît développé un nouveau paradigme à propos de la flexibilité du schéma corporel. Les neurologues savent depuis longtemps que le schéma corporel est flexible : nous l’avons évoqué lors de notre cours sur la vicariance54. Vilayanur Subramanian Ramachandran a mis au point une expérience extrêmement amusante qu’il a nommée « la main en caoutchouc ». Un sujet est assis à une table ; on cache l’une de ses mains sur le côté et on place devant lui un bras en caoutchouc. L’expérimentateur stimule simultanément la main en caoutchouc que le sujet voit et sa propre main qu’il ne voit pas. Après quelques secondes, et à condition que les stimulations soient synchrones, le sujet percevra la main en caoutchouc comme étant la sienne. En d’autres termes, il aura déplacé son schéma corporel, ce qui démontre son extrême flexibilité. Ce constat ouvre des perspectives concernant non seulement la compréhension des pathologies, mais aussi leur remédiation.

  • 55  Isadora Olivé et Alain Berthoz (2012).

32Dans notre laboratoire, Isadora Olivé, assistée par l’équipe technique (Julien Bara et Anatole Lécuyer), a mis au point une expérience au cours de laquelle un sujet appuie sur un piston le bras tendu. Il porte un casque de réalité virtuelle et ne voit pas sa main. À l’aide d’une caméra située derrière lui, on enregistre une image de son corps, qui est ensuite projetée dans le casque de réalité virtuelle. Le sujet voit, via le casque, sa main appuyer sur le piston. Grâce à des programmes informatiques, il est donc possible de déplacer la main que le sujet voit dans le casque et de lui donner l’illusion qu’il a non pas une main en caoutchouc, mais une main située dans l’espace, à 30 ou 50 degrés devant lui. En demandant au sujet d’aller pointer avec l’autre main – droit devant par exemple –, on peut espérer regarder les déplacements du schéma corporel induits par l’illusion produite par un déplacement virtuel du bras. Ces résultats sont en cours de publication55. Ils sont d’un grand intérêt parce qu’ils impliquent non seulement toutes les zones du cortex temporo-pariétal et du sillon temporal supérieur, mais aussi le cortex somato-sensoriel, le cortex pariétal et d’autres régions sollicitées dans la relation corps-espace.

*

33L’étude d’un syndrome nous occupe aussi depuis dix ans déjà : celui des asymétries crânio-faciales. Sous l’égide de la fondation Yves Cotrel (Institut de France), Dominique Rousier, à Lille, et moi-même avons analysé ce syndrome et l’ensemble des déficits sensoriels, perceptifs, cognitifs et moteurs se produisant chez des enfants ou des adultes qui présentent des asymétries crânio-faciales exagérées, en grande partie d’origine génétique. Lorsque nous demandons à ces patients de mettre leurs mains à l’horizontale devant eux, les yeux fermés (test très ancien de la fonction otolithique et de la perception de la verticale), ils inclinent le plan des deux bras. Des enregistrements en IRM des capteurs vestibulaires ont par ailleurs révélé des anomalies anatomiques des canaux qui pourraient être la cause des troubles observés dans des formes spécifiques de scoliose. J’ai formulé l’hypothèse que l’asymétrie des capteurs et leurs anomalies n’induiraient pas la scoliose par des voies directes descendantes vestibulo-spinales, mais plutôt par une distorsion du schéma corporel perçu : la scoliose serait en fait une compensation d’une posture perçue comme modifiée. Il s’agit là d’un concept inédit : une atteinte vertébrale provoquée par une perception déformée du corps propre.

Le regard

  • 56  En coopération avec Guy Orban, neurophysiologiste qui occupa une chaire annuelle au Collège de Fra (...)
  • 57  Samson Freyermuth, Jean-Philippe Lachaux, Philippe Kahane et Alain Berthoz (2007) ; Pierre Lebranc (...)

34Le thème du regard et des mouvements des yeux a fait l’objet de nombreuses études dans notre laboratoire, depuis sa création. Nous avons ainsi pu répertorier les différentes typologies de mouvements : réflexe de stabilisation (réflexes vestibulo-oculaire et optocinétique), saccade oculaire (mouvement rapide de déplacement de l’œil) et poursuite oculaire (mouvement lent de l’œil pour suivre une cible qui se déplace de façon continue)56. Après avoir exploré, pendant trente ans, les circuits, ainsi que la physiologie et la pathologie détaillée des réseaux neuronaux qui les sous-tendent, à la fois chez l’homme et chez l’animal, j’ai pu bénéficier récemment des travaux passionnants, d’une part, de Philippe Kahane, épileptologue et spécialiste de l’exploration fonctionnelle par électroencéphalogramme (EEG) intracrânien, et, d’autre part, de Jean-Philippe Lachaux, spécialiste de l’analyse du signal à l’Inserm (Institut national de la santé et de la recherche médicale) de Lyon. Le suivi des patients épileptiques, hospitalisés pendant plusieurs semaines, nous permet d’accéder à l’activité cérébrale et d’étudier les bases neurales des mouvements des yeux ou de la mémoire spatiale57. C’est le cas, par exemple, à l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière, à Paris, et dans le service de Patrick Chauvel à l’hôpital de la Timone, à Marseille. On implante dans le cerveau des patients des électrodes (parfois une dizaine de plots) ; l’enregistrement de l’activité cérébrale qui en résulte favorise l’identification des foyers de leur épilepsie.

  • 58  Robert G. Baker et Alain Berthoz (dir.) (1977) ; Alain Berthoz et Geoffrey Melvill Jones (dir.) (1 (...)

35Appuyé par mes amis Alexej Grantyn, Robert Baker, Rodolfo Llinás, et par nos collègues japonais et américains, j’ai enregistré durant plusieurs années des neurones chez le chat. Ces méthodes représentent donc un nouvel outil formidable puisque je peux désormais combiner les approches de l’imagerie cérébrale en IRM et l’enregistrement direct de l’activité neuronale du cerveau humain. C’est une aventure exceptionnelle, et ce d’autant plus que nous pouvons développer des paradigmes simples ou complexes. Nous avons ainsi contribué, avec une communauté très active, à révéler les mécanismes physiologiques du contrôle du regard qui ont permis d’établir un corpus de base pour l’enseignement, la physiopathologie, la chirurgie, le diagnostic et la rééducation de maladies psychiatriques induisant des déficits attentionnels58.

36Prenons l’exemple de la saccade oculaire. On demande à un sujet de faire une saccade, comme on le fait lorsque l’on déplace son œil d’un point de l’espace à un autre. Auparavant, on lui a implanté des électrodes dans le champ oculomoteur frontal – la zone prémotrice du cortex cérébral qui stimule les mouvements des yeux et contrôle le colliculus – et dans les centres moteurs de l’œil, à l’intérieur du tronc cérébral, activés au moment où se produit la saccade. Les enregistrements ont montré l’intensité de l’activité oscillatoire du cerveau dans des bandes de fréquences diverses, notamment le surcroît brusque d’activité dans la bande dite « Gamma » lorsque l’œil est en mouvement. Quant à l’aire oculomotrice supplémentaire, nous y constatons une activité plus prolongée (fig. 3). Grâce à ces méthodes d’observation, nous pouvons élaborer une véritable neurophysiologie de la saccade chez l’homme, et mettre en œuvre des dispositifs plus complexes qu’un simple mouvement. Actuellement, nous dépouillons par exemple des données concernant la décision. L’une des expériences consiste à demander à un sujet de fixer un point et de décider de faire une saccade à gauche ou à droite, en fonction de ses opinions politiques ou de ses désirs. Nous avons utilisé des protocoles dérivés de ceux pratiqués chez le singe pour étudier les aspects cognitifs ou la mémoire perceptive et motrice. Pendant la période de décision consciente qui précède la saccade, on remarque une activité spécifique dans le cortex dorsolatéral préfrontal. Cette physiologie s’avère extrêmement importante et je souhaite pouvoir continuer mes recherches dans cette direction.

Figure 3. Les bases neurales de la saccade oculaire : enregistrement neuronal chez l’homme.

Figure 3. Les bases neurales de la saccade oculaire : enregistrement neuronal chez l’homme.

Enregistrement cérébral de l’activité neuronale pendant une saccade oculaire, grâce à des électrodes implantées chez un patient épileptique.
A : Schéma simplifié des circuits impliqués dans la saccade oculaire : les aires sont appelées sous leurs abréviations issues de la terminologie internationale (en anglais).
B : Schéma d’un cerveau de patient dans lequel sont implantées des électrodes pour l’exploration de foyers épileptiques. Chaque électrode possède plusieurs plots d’enregistrement de l’activité électro-encéphalographique (SEEG) des champs de potentiels émis par des groupes de neurones à proximité de l’électrode.
C : Exemple de protocole simple de saccade. Le patient doit d’abord fixer une cible située devant lui, puis effectuer une saccade vers une autre cible, à sa droite.
D : Activité EEG enregistrée par une électrode au niveau d’un plot situé dans le champ oculomoteur frontal (on a maintenu la terminologie internationale : « Frontal Eye Field » [FEF]) : en abscisse, le temps ; en ordonnée, la fréquence d’oscillation (Hz : Hertz) de l’activité EEG. On voit la brève activation qui accompagne le déclenchement de la saccade.
E : Activité EEG dans la bande de fréquence dite « gamma », enregistrée par une électrode au niveau d’un plot situé dans le champ oculomoteur supplémentaire (« Supplementary Eye Field » [SEF]). On voit que l’activité précède la saccade et se prolonge.

Source : d’après Jean-Philippe Lachaux, Dominique Hoffmann, Lorella Minotti, Alain Berthoz et Philippe Kahane, « Intracerebral dynamics of saccade generation in the human frontal eye field and supplementary eye field », NeuroImage, vol. 30, 2006, p. 1302-1312 (DOI : 10.1016/j.neuroimage.2005.11.023). Adaptée avec la permission des auteurs.
Voir aussi Juan R. Vidal, Samson Freyermuth, Karim Jerbi, Carlos M. Hamamé, Tomas Ossandon, Olivier Bertrand, Lorella Minotti, Philippe Kahane, Alain Berthoz et Jean-Philippe Lachaux, « Long-distance amplitude correlations in the high gamma band reveal segregation and integration within the reading network », The Journal of Neuroscience, vol. 32, 2012, p. 6421-6434 (DOI : 10.1523/JNEUROSCI.4363-11.2012).

*

37La modélisation mathématique des processus mis en jeu dans le cerveau constitue un autre axe fondamental de la physiologie. Nous avons ainsi décrit le circuit qui, dans le tronc cérébral – à savoir entre les capteurs vestibulaires, le colliculus et le tronc cérébral –, est responsable du contrôle des mouvements du regard, produits soit par le nystagmus optocinétique, soit par les réflexes de stabilisation vestibulaire, soit par le système saccadique. Nous avons donc une certaine connaissance, bien qu’imparfaite, de l’organisation neuronale de cet extraordinaire circuit – l’un des plus étudiés parmi ceux qui contrôlent la motricité, avec les circuits de la locomotion auxquels s’intéresse Sten Grillner. Nous avons par ailleurs analysé la contribution des ganglions de la base et du cortex chez l’homme.

38À titre d’exemple, arrêtons-nous sur le cas spécifique de la rétine. Le monde et l’espace visuel y sont codés par des cartes neuronales d’après une géométrie sphérique. Toutefois, dans le colliculus supérieur, la carte visuelle est disposée selon des coordonnées log-polaires. Quel peut être l’intérêt de ce changement de géométrie ? Et ce d’autant plus que la géométrie de la représentation colliculaire diffère en fonction des espèces : le rat, le crocodile, la salamandre, l’oiseau et l’homme. Nicolas Tabareau, Daniel Bennequin, Benoît Girard et Jean-Jacques Slotine nous ont aidés à modéliser cette transformation. Le résultat suggère que le nouveau codage permet d’adapter les informations visuelles aux propriétés du système moteur de l’œil. Autrement dit, elle permet d’anticiper les propriétés de l’appareil moteur. On retrouve le caractère fondamentalement anticipatoire du cerveau.

  • 59  « Sensorimotor computation: The control of gaze », Collège de France, Paris, 3 mai 2010.

39J’insiste sur le rôle du colliculus supérieur, négligé alors qu’il est essentiel à la prédiction des mouvements des organismes avec lesquels nous devons interagir rapidement, souvent pour une question de survie. C’est, par exemple, grâce à lui que la salamandre peut projeter sa langue pour attraper une mouche, non pendant son vol, mais là où elle se posera. De même, pour retourner un service à plus de 100 km/h, les champions de tennis doivent positionner la raquette de façon à anticiper la trajectoire de la balle. Le colliculus supérieur est ainsi le centre principal pour l’ensemble des mouvements de capture ou d’évitement, si indispensables à la survie. C’est précisément au modèle des fonctions sensori-motrices que sera consacré le colloque59 organisé en coopération avec Dinesh Pai, roboticien, dans le cadre du programme d’échange que j’ai initié entre le Collège de France et le Peter Wall Institute for Advanced Studies (dirigé par l’historienne Dianne Newell) de l’université de Colombie-Britannique, à Vancouver.

Le geste et la marche

  • 60  Alain Berthoz (20091) ; Alain Berthoz et Jean-Luc Petit (dir.) (2014).

40Le thème du geste et de la marche demeure au cœur de mes recherches. Et, tant que j’en aurai la force et le désir, je continuerai à m’intéresser plus particulièrement à cet aspect de la question, à savoir que la complexité du contrôle des centaines de degrés de liberté dans le mouvement d’un bras, et plus largement du corps, est telle que des mécanismes simplificateurs se sont mis en place au cours de l’évolution. L’ensemble de ces principes et processus neuronaux, à l’instar de l’organisation géométrique du squelette et des muscles, permet de résoudre des problèmes extraordinairement difficiles liés au calcul, à la dynamique, à la cinématique et à la coordination. Ces principes, eux-mêmes complexes, exigent parfois des détours, mais autorisent une action rapide et efficace, ce qui est nécessaire, entre autres, pour survivre ou pour capturer une proie. C’est ce que j’appelle les principes « simplexes60 ».

41Prenons l’exemple de la marche, mécanisme complexe et hiérarchisé. La moelle épinière contient des générateurs de rythmes ; le tronc cérébral et le mésencéphale, qui déterminent l’initiation du pas, contiennent des systèmes de contrôle. Dans les ganglions de la base, des mécanismes rendent possible la sélection de l’action, quand d’autres, au sein de l’hippocampe, permettent de générer des trajectoires locomotrices. De fait, il ne s’agit pas simplement de marcher : il faut aussi produire des trajectoires locomotrices, choisir un chemin, s’arrêter et reprendre, éviter un obstacle et planifier un contournement, donner un sens à sa marche, un style dépendant du contexte social, etc. Par conséquent, la locomotion et la marche requièrent une coordination entre ces mécanismes multiples – des plus élémentaires aux plus cognitifs –, et leur étude dépasse largement la biomécanique.

42Il y a vingt ans, nous avons démontré que la marche n’était pas commandée, comme on le pensait, en prenant le sol comme référence, mais par la création d’une centrale inertielle stabilisée – la tête –, à partir de laquelle est réalisée la coordination complexe des centaines de muscles du corps et de leurs multiples degrés de liberté. Chez l’enfant, on assiste à une véritable petite révolution galiléenne. Il commence à marcher ancré sur le sol ; jusqu’à très récemment, c’était d’ailleurs encore le cas de la plupart des robots humanoïdes fabriqués par les roboticiens. J’ai avancé l’idée que, vers 3 ans, l’enfant se libère du sol et utilise un contrôle à partir de la tête, stabilisée grâce au système vestibulaire et au regard. Remarquons que les ingénieurs qui envoient des systèmes complexes dans l’espace recourent à des centrales inertielles pour contrôler les mouvements de ces dispositifs flottant dans l’univers. De nombreux articles documentent cet aspect.

  • 61  Colas N. Authié, Alain Berthoz, José-Alain Sahel et Avinoam B. Safran (2017).

43Accompagnée d’Hideki Kadone, roboticien venu du Japon (laboratoire d’Atsuo Takanishi, spécialiste des humanoïdes), l’équipe du laboratoire essaie de mesurer, sur le plateau dont nous disposons au Collège de France, les relations entre le mouvement de l’œil, le regard et les trajectoires locomotrices. Nous avons mis au point des techniques très précises de mesure de ces mouvements pendant la marche, ce qu’aucune équipe n’avait réussi à faire jusque-là. Le regard joue en effet un rôle fondamental dans le guidage de la marche : d’abord comme ancrage, car c’est en fixant des lieux dans l’espace que nous stabilisons la tête ; ensuite comme moyen d’anticipation des trajectoires. Lorsque nous tournons autour d’un obstacle, nous dirigeons dans un premier temps le regard vers la nouvelle direction, puis la tête et, enfin, le corps. Il est primordial d’avoir une bonne connaissance du mouvement des yeux et des stratégies employées au cours de la marche, et ce d’autant plus que j’ai émis l’hypothèse – à vérifier – que certains troubles dits « locomoteurs », chez l’enfant, l’adulte et la personne âgée, ne sont en réalité pas uniquement des troubles moteurs, ou des troubles liés à la proprioception ou au contrôle central, mais sont bien également des troubles liés à ce guidage par le regard. Il s’agit donc là d’un enjeu majeur, non seulement de diagnostic, mais aussi de réhabilitation. C’est un chantier sur lequel nous travaillons en collaboration avec plusieurs équipes. Un projet d’étude de l’influence de la pathologie du regard sur la marche, chez des patients atteints de rétinopathies pigmentaires61, est actuellement mené avec l’Institut de la vision (Paris), dirigé par José-Alain Sahel, et Avinoam Safran, ophtalmologue.

*

44Nous poursuivons par ailleurs notre travail sur l’existence de lois générales de la production de trajectoires motrices, quels que soient les effecteurs : doigt ou main pour le dessin, bras pour le geste, pied pour la marche. S’il est possible de dessiner la lettre A avec le doigt ou le bras, on peut aussi la dessiner en courant sur une plage. On parle du « principe d’équivalence motrice » qui, selon nous, recèle des mystères, et fait en particulier intervenir des principes généraux. Nos collègues italiens, Francesco Lacquaniti, Paolo Viviani et Carlo Terzuolo, ainsi que l’Israélienne Tamar Flash, ont démontré que lorsqu’un sujet effectue un mouvement elliptique dans l’espace, avec la main, il se produit une relation linéaire très stricte entre la courbure et la vitesse tangentielle. Tamar Flash, professeure à l’institut Weizmann (Israël), et moi-même avons récemment généralisé cette loi, qui était valable pour le plan, au cas de mouvements complexes. Nous avons prouvé qu’en plus d’un facteur 1/3 sur la courbure, il fallait ajouter un facteur 1/6 sur la torsion. Je vous fais grâce de la technicité et souhaite uniquement insister sur l’existence d’une loi très simple, qui sous-tend cette génération des trajectoires et qui permet peut-être au cerveau de ne pas contrôler chacun des muscles, mais plutôt le mouvement de façon globale.

  • 62  Quang-Cuong Pham (2009).

45Il y a quelques années, nous nous posions déjà la question suivante : ce type de loi vaut-il également pour une trajectoire locomotrice, c’est-à-dire pour un déplacement dans l’espace ? Nous avons prouvé, avec Stéphane Vieilledent et, plus tard, avec Halim Hicheur et plusieurs autres collaborateurs, que la loi de la puissance 1/3 – celle qui lie la vitesse tangentielle et la courbure –, en plus d’être valable pour le bras, l’était aussi pour les trajectoires locomotrices. Dans une grande salle, nous avions demandé à des sujets de suivre une trajectoire en forme de limaçon ou des formes plus complexes, larges. Nous avons constaté que la loi était respectée, avec de petites variations cependant. Or nos maîtres nous ont enseigné que lorsqu’une loi s’applique avec de petites variations de coefficients, c’est qu’elle est peut-être elle-même régie par une loi plus générale. Cela nous a incités à poursuivre ces études pour tenter de comprendre plus avant le secret des lois qui sous-tendent nos mouvements. Nous avons donc mis en place de nouvelles expériences : par exemple, un sujet devant marcher pour rejoindre et traverser une porte disposée suivant un certain angle. Ce déplacement exige de donner à la trajectoire une forme particulière. A priori, il n’existe pas une mais plusieurs trajectoires possibles. Néanmoins, on observe que les individus décrivent des trajectoires extrêmement stéréotypées. Nous collaborons avec des équipes de roboticiens – notamment celle de Jean-Paul Laumond, roboticien au Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS), à Toulouse – pour modéliser ces trajectoires, étudier les propriétés des trajectoires stéréotypées et rechercher, au fond, les principes d’optimisation. Ces travaux ont alimenté la thèse de Quang-Cuong Pham62, dans laquelle sont proposées des théories d’optimisation, inspirées d’Emanuel Todorov.

46Grâce aux travaux menés avec Daniel Bennequin, mathématicien géomètre (université Paris VII), et Tamar Flash, mathématicienne et physiologiste (institut Weizman, Israël), nous avons pu démontrer – bien qu’en science rien ne soit démontré de façon définitive – que le cerveau utilise plusieurs géométries (euclidiennes, affines, équi-affines) dans le contrôle du mouvement du bras ou de la main, ainsi que dans celui des trajectoires locomotrices (fig. 4). Il faut toutefois noter que cette combinaison de géométries varie en fonction du mouvement et de divers autres paramètres. Mes amis mathématiciens ont été inspirés par les théories d’Élie Cartan sur les référentiels mobiles, théories auxquelles je ne comprends moi-même que très peu de choses, je dois l’avouer, mais cela ne nous empêche pas de coopérer ! Jan Koenderink, physicien théorique et spécialiste de psychophysique de la vision, avait déjà, quant à lui, émis l’idée que le cerveau recourait à des géométries non euclidiennes pour la perception visuelle. Frank Pollick avait fait la même hypothèse pour les gestes et Olivier Faugeras avait proposé des approches voisines pour les problèmes de vision en robotique. Nos collègues israëliens ont étudié les mouvements du bras, imposés ou libres, chez le singe. Sur la base d’enregistrements neuronaux de l’activité cérébrale du singe, ils ont suggéré que le mouvement naturel était peut-être composé de segments de paraboles.

Figure 4. Les géométries du mouvement.

Figure 4. Les géométries du mouvement.

Reproduction des tracés obtenus à partir des trajectoires effectuées par un sujet lorsqu’il dessine (à gauche) et lorsqu’il marche (à droite). Pour chacune de ces deux conditions, la colonne de gauche (schémas A, D, G) représente en bleu le type de forme réalisée. Au centre (schémas B, E, H), le tracé rouge indique les fluctuations de la vitesse de la trajectoire. Le tracé bleu traduit la trajectoire prédite par un modèle mathématique combinant les trois géométries euclidienne, équi-affine et affine. La colonne de droite (schémas C, F, I) représente un cycle de dessin ou de marche ; la proportion respective des trois géométries y est signalée par les couleurs verte, rouge et bleu. On retiendra de cette figure que le cerveau utilise plusieurs géométries pour contrôler la génération des trajectoires en fonction de leur forme.

Source : Daniel Bennequin, Ronit Fuchs, Alain Berthoz et Tamar Flash, « Movement timing and invariance arise from several geometries », PLoS Computational Biology, vol. 5, 2009, e1000426 (DOI : 10.1371/journal.pcbi.1000426). © 2009, Bennequin et al.

47Ce chantier est intéressant car ces découvertes nous invitent à envisager l’existence de principes qui concernent non seulement la physiologie sensori-motrice du mouvement du doigt ou de la jambe, mais aussi, de façon plus générale, les formes que l’on rencontre dans l’art. Le neurophysiologiste Semir Zeki, à Londres, a en effet démontré que lorsque nous regardons une calligraphie, par exemple, nous activons l’aire MT du cerveau, c’est-à-dire l’aire du cortex visuel activée par le mouvement. Autrement dit, percevoir un dessin, qui résulte d’un geste, stimule les mêmes neurones que ceux qui seraient sollicités par l’observation du mouvement du dessin précisément au moment où le geste est effectué. De même, une sculpture d’Auguste Rodin présentant un couple enlacé évoque dans notre cerveau un mouvement, et ce de façon encore plus intense que le trait de la calligraphie.

48Actuellement, ces recherches sont conduites dans le cadre de différents projets : notamment un projet ANR (Agence nationale de la recherche) d’exploration de la locomotion humaine pour concevoir des humanoïdes, avec l’équipe de Jean-Paul Laumond au LAAS (Toulouse), une équipe d’animation graphique, ainsi que l’équipe de biomécanique de Rennes avec laquelle nous coopérons depuis plusieurs années (Anne-Hélène Olivier, Armel Crétual et Julien Pettré ; université Rennes 2 et Inria). Il s’agit là d’une conjonction d’études extrêmement intéressante. Dernièrement, nous avons par ailleurs entrepris des recherches, directement inspirées par nos travaux de physiologie, sur le rôle du regard dans le contrôle des mouvements d’un robot : l’idée serait de commander ses actes non pas uniquement à partir des pieds, mais à partir de son regard. Cela suscite des discussions passionnantes avec nos collègues. Nous apprenons en effet beaucoup des théories et des modèles que nous donnent les roboticiens ; ils nous permettent de mieux comprendre ou formuler nos questions en physiologie. Je cultive cette longue tradition de collaboration avec des roboticiens italiens (Paolo Dario, à Pise) et japonais (Atsuo Takanishi, Toshi Nakamura et Gentiane Venture, à Tokyo).

49Le projet « Romeo », toujours en cours, est coordonné par la société Aldebaran Robotics (Bruno Maisonnier), qui a produit le robot humanoïde de service nommé « NAO », impressionnant par ses performances de locomotion, de gestes et de communication. Dans le cadre de ce projet, notre laboratoire contribue au développement d’un système de mouvement de l’œil. Tandis que la plupart des robots possèdent des capteurs inertiels situés dans le tronc, ce qui va à l’encontre de millions d’années d’évolution, nos collègues d’Aldebaran Robotics ont en effet accepté de tenter l’implémentation d’un contrôle par la tête, c’est-à-dire d’installer une centrale inertielle couplée avec la vision. Nous travaillons à la fois pour que cette expérience soit une réussite et pour avancer sur la question de l’algorithmie. Nous coopérons également avec Philippe Souères (LAAS, Toulouse) et d’autres collègues. C’est un défi car il ne suffit pas de lancer des idées : il faut que neurosciences et robotique parviennent à interagir efficacement.

  • 63  Vittorio Belmonti, Giovanni Cioni et Alain Berthoz (2013) ; Mariella Dimiccoli, Benoît Girard, Ala (...)

50Nous menons un autre projet avec l’hôpital pour enfants Stella Maris à Pise (Giovanni Cioni), où le neuropédiatre Vittorio Belmonti fait une thèse financée par la fondation Motrice à Paris, codirigée par nous. Le but de ce projet consiste à mettre au point, en travaillant avec des enfants infirmes moteurs cérébraux, des paradigmes de marche destinés à valider l’hypothèse que leurs troubles pourraient résulter en partie de déficits cognitifs (contrôle du regard, stabilisation de la tête, manipulation des référentiels spatiaux, etc.), et non pas seulement de déficits moteurs63.

La mémoire spatiale

  • 64  Daniel Bennequin et Alain Berthoz (2017).
  • 65  John Scheid (2012). Voir Alain Berthoz et John Scheid (dir.) (2018).

51Nous savons que la multiplicité des référentiels dans le cerveau pose problème. Intervient non seulement la fusion de capteurs, mais aussi la codification de l’espace suivant des coordonnées – ou plutôt des géométries différentes – à la fois dans la rétine, le cervelet, le colliculus supérieur, le parahippocampe, l’hippocampe, etc. Il s’agit en effet d’espaces d’actions dont les conditions et les contraintes varient, et qui requièrent donc des opérations diverses. Un travail de définition de ces espaces et de ces géométries non euclidiennes est en cours ; ces dernières étant probablement régies par une géométrie plus globale, qui les rend compatibles pour nous permettre de passer de l’une à l’autre durant nos actions et nos déplacements64. Par conséquent, la question de l’unité de la perception est très complexe, et ce d’autant plus que l’espace est utilisé non seulement pour les trajectoires locomotrices, mais aussi pour la mémoire, comme nous le savons depuis très longtemps. Selon Frances Yates, les hommes, depuis les Grecs, puis les moines au Moyen Âge, construisent des « palais mentaux » pour sauvegarder des informations, des mémoires, parmi lesquelles – aspect sur lequel insiste Mary Carruthers – l’individu aura la possibilité de cheminer et de retrouver des faits, des versets de la Bible, des idées en quelque sorte, pouvant être réactualisés dans des combinaisons nouvelles. L’espace joue donc un rôle dans la pensée la plus évoluée. Il est d’ailleurs utilisé par des écrivains comme Émile Zola, dans Les Rougon-Macquart, ou Stendhal, dans Vie de Henry Brulard. John Scheid et moi-même avons imaginé un colloque inspiré par son ouvrage À Rome sur les pas de Pétrarque65.

52Les hypothèses que j’ai formulées, et sur lesquelles nous travaillons et poursuivrons nos recherches, sont au moins au nombre de quatre. Premièrement, le cerveau peut choisir un référentiel en fonction de la tâche et en changer d’une phase à l’autre d’un mouvement. Cette multiplicité permet de privilégier le référentiel le mieux adapté. Si Henri Poincaré postule que la géométrie euclidienne n’est pas vraie, elle se révèle néanmoins la plus commode. En réalité, nous utilisons plusieurs géométries. Deuxièmement, le cerveau peut changer de référentiel à n’importe quel moment, comme le fait un GPS lorsque nous conduisons. Troisièmement, grâce à l’imagerie cérébrale, nous savons que divers réseaux neuronaux traitent les informations concernant les différents espaces et référentiels corporels. Enfin, je suggère actuellement à nos amis psychiatres notamment, que certains déficits dans la manipulation des référentiels spatiaux pourraient représenter un trait transnosographique commun à de nombreuses pathologies : agoraphobie, anxiété spatiale, ADHD (trouble du déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité), schizophrénie et autisme (fig. 5). Nous collaborons en particulier avec nos collègues de l’hôpital Sainte-Anne, et ailleurs, pour tester cette hypothèse novatrice.

Figure 5. Les nouveaux paradigmes pour l’étude de l’empathie, de l’identité
et de la mémoire spatiale.

Figure 5. Les nouveaux paradigmes pour l’étude de l’empathie, de l’identité et de la mémoire spatiale.

Le miroir double Alter ego (à gauche), installation artistique créée par Moritz Wehrmann, a été adapté à l’analyse de l’interaction avec autrui, de l’identité, de l’imitation, etc. Il a été utilisé chez des patients souffrant de syndromes autistiques, d’anorexie mentale et de schizophrénie. Un jeu de lumière permet au sujet A de se voir comme dans un miroir, ou de voir le sujet B qui est assis en face de lui, ou encore de percevoir son image, comme s’il s’était dédoublé et se tenait à la place de B. En graduant cette illusion, nous avons pu étudier la capacité des patients à se libérer du soi au profit d’autrui.
Le dispositif du « Tapis virtuel™ » (à droite) a été inventé par Mohamed Zaoui à partir d’un autre dispositif : celui du « Tapis magique », réalisé par Pierre Leboucher, Michel Ehrette et Sébastien Rateau, en coopération avec Cecilia Guariglia et Laura Piccardi de l’université de Rome. Un projecteur crée une scène spatiale sur le sol : il peut s’agir d’une série de dalles virtuelles, d’une ville, d’un labyrinthe… Le sujet doit effectuer des tâches de mémorisation et de reproduction de trajets locomoteurs, ou encore résoudre des problèmes de planification de trajets. Ces tâches visuo-spatiales locomotrices sont utilisées chez l’enfant, pour l’étude de son développement et de sa pathologie, mais aussi chez des patients atteints d’infirmité motrice cérébrale (cerebral palsy), de troubles de l’attention (ADHD), etc.

[À gauche] Source : Bérangère Thirioux, Moritz Wehrmann, Nicolas Langbour, Nematollah Jaafari et Alain Berthoz, « Identifying oneself with the face of someone else impairs the egocentered visuo-spatial mechanisms: A new double mirror paradigm to study self-other distinction and interaction », Frontiers in Psychology, vol. 7, 2016, p. 1283 (DOI : 10.3389/fpsyg.2016.01283). © 2016, Thirioux, Wehrmann, Langbour, Jaafari et Berthoz.
[À droite] © Photo : Alain Berthoz et Mohamed Zaoui.

  • 66  Anaick Perrochon, Gilles Kemoun, Benoît Dugué et Alain Berthoz (2014). Depuis cette leçon, le disp (...)

53Un paradigme inspiré de travaux antérieurs, réalisés avec les neuropsychologues de l’université de Rome La Sapienza (Cecilia Guariglia et Laura Piccardi, qui est venue travailler dans notre laboratoire), est également à l’étude chez les enfants atteints de ces déficits. Nous avons ainsi développé le test dit du « Tapis magique ». Ce dispositif a été construit par l’équipe du mécanicien Yves Duprat, et les électroniciens Pierre Leboucher et Sébastien Rateau. Composé de dalles luminescentes éclairées selon des séquences d’allumage variables, il permet d’effectuer des tests de mémoire visuo-spatiale dans l’espace locomoteur. Un autre modèle électronique de table, inspiré du test classique de Corsi, permet d’évaluer la mémoire spatiale (fig. 5). Grâce à cet ensemble, nous pouvons étudier une large gamme de fonctions cognitives dans de nombreuses pathologies. Marcher, c’est aussi décider – décisions qui font partie du rôle joué par les ganglions de la base, mais aussi par tout le cortex frontal et préfrontal. Il nous est désormais possible, via ces dispositifs, d’imposer des règles de marche au sujet, comme pour des tâches classiques du cortex préfrontal, puis de les modifier. Généralement, ces fonctions sont seulement analysées sur table par des dessins ou, maintenant, par des mondes virtuels. L’originalité du « Tapis magique », c’est de tester ces fonctions dans le monde réel de la perception et de l’action66.

54Nous avons également travaillé avec l’équipe de Michel Baulac, épileptologue à l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière, sur des patients ayant subi des ablations sélectives de l’hippocampe pour réduire les foyers épileptogènes. Ces patients nous permettent d’étudier les effets de lésions de l’hippocampe sur la mémoire spatiale, et en particulier la différence entre cerveau gauche et cerveau droit dans le codage des trajets : égocentré, séquentiel ou allocentré, et cartographique.

  • 67  Alain Berthoz (2021).

55Enfin, une version virtuelle du « Tapis magique » a été réalisée par Mohamed Zaoui, ingénieur au CNRS qui contribue, avec compétence et ténacité, à de nombreux projets dans notre laboratoire, dans des hôpitaux et en microgravité. Nous espérons pouvoir exploiter ce dispositif dans le cadre d’un projet d’imagerie cérébrale. Les données d’imagerie cérébrale par IRM fonctionnelle nous prouvent en effet que des systèmes différents sont activés dans notre cerveau lorsque nous imaginons notre mouvement, qu’il soit proche – dans notre appartement – ou lointain – dans une ville67. Nous avons effectué des tests chez des patients schizophrènes : par exemple, celui du palais virtuel (actuellement utilisé à Sainte-Anne par Isabelle Amado, Marie-Odile Krebs et une équipe entière) où l’on demande à un sujet laquelle de deux poubelles est la plus proche de lui. Vous pourriez vous-mêmes répondre « la bleue » ou « la verte », et vous résoudriez ainsi ce problème de façon égocentrée, c’est-à-dire en relation avec votre corps. Je pourrais aussi demander au sujet laquelle de ces poubelles est la plus proche de l’aile la plus grande du palais : puisque seule une petite image lui est montrée dans l’IRM, le sujet serait contraint de reconstruire l’ensemble du palais. Vous seriez dans la même position si je vous posais la question suivante : « Cet écran est-il parallèle au boulevard Saint-Michel ? » Grâce aux méthodes décrites ci-dessus, il nous est désormais rendu possible de faire de la neurophysiologie. Nous avons d’ailleurs réalisé, à Grenoble, des enregistrements chez des patients épileptiques. Ils suggèrent que cette manipulation mentale de référentiel, chez ces patients, provoque une activation prolongée (par exemple, 1 seconde) dans la bande Gamma, dans le parahippocampe. Toutes ces conclusions peuvent conduire vers de nouvelles méthodes d’approche des interfaces cerveau-machine. En partenariat avec l’équipe de Grenoble, nous étudions la capacité du sujet à contrôler des robots grâce à ces activités neuronales, aujourd’hui mieux comprises : ce travail, initié par Jean-Philippe Lachaux et d’autres chercheurs, s’effectue avec des patients épileptiques. Un nouveau domaine de recherche s’ouvre à nous.

  • 68  Julien Barra, Laetitia Laou, Jean-Baptiste Poline, Denis Le Bihan et Alain Berthoz (2012).

56D’autres chantiers concernant l’étude des bases neurales des changements de points de vue sont en cours. Nous coopérons actuellement avec l’équipe de NeuroSpin (Denis Le Bihan et Jean-Baptiste Poline). Un individu peut conduire en regardant la route (stratégie égocentrée), mais aussi utiliser un GPS et avoir alors une représentation de la carte routière (stratégie allocentrée). Nous avons exploré les effets de ces deux stratégies dans le cerveau, puisqu’elles activent des réseaux différents. Lorsque le sujet opte pour le point de vue oblique, mode utilisé dans les mondes virtuels de guidage de la navigation, il nous semble que les deux systèmes sont activés, ce qui explique peut-être son efficacité. Les résultats de ces travaux sont encore à l’étude68 (fig. 6).

Figure 6. Des réseaux latéralisés pour des stratégies de navigation différentes.

Figure 6. Des réseaux latéralisés pour des stratégies de navigation différentes.

Des réseaux différents et latéralisés sont impliqués lorsqu’un sujet effectue une navigation basée sur la mémoire spatiale avec des stratégies divergentes (notamment basées soit sur les lieux [E], soit sur une séquence d’actions [G]). L’activité cérébrale enregistrée par IRMf révèle l’engagement de quatre régions cérébrales : le cortex pariétal médian, le cortex préfrontal médian, le cervelet – au niveau du lobule VII A Crus I – et l’hippocampe. La navigation spatiale active le cervelet Crus I gauche et l’hippocampe droit, conjointement avec le cortex pariétal médian. La navigation basée sur une séquence active, quant à elle, le cervelet Crus I droit, l’hippocampe gauche et le cortex préfrontal médian.

[À droite] Source : Kinga Iglói, Christian F. Doeller, Anne-Lise Paradis, Karim Benchenane, Alain Berthoz, Neil Burgess et Laure Rondi-Reig, « Interaction between hippocampus and cerebellum Crus I in sequence-based but not place-based navigation », Cerebral Cortex, vol. 25, 2015, p. 4146-4154 (DOI : 10.1093/cercor/bhu132). Avec l’autorisation d’Oxford University Press.

  • 69  Guillaume Thibault, Achille Pasqualotto, Manuel Vidal, Jacques Droulez et Alain Berthoz (2013).

57Nous faisons également des recherches sur la mémoire de navigation tridimensionnelle. Si je demande à un individu de se souvenir du chemin jusqu’à l’entrée du Collège de France, celui-ci devra faire appel à la mémoire en 3D. Nous connaissons peu de choses sur ce sujet ; il s’agit pourtant d’une problématique extrêmement importante, en particulier pour l’industrie. Dans notre laboratoire, Guillaume Thibault, directeur d’un centre EDF (Électricité de France) de réalité virtuelle, se penche sur la question de la navigation dans les centrales nucléaires. Nous construisons ensemble des bâtiments virtuels simplifiés, dans lesquels nous étudions les performances des personnes qui naviguent dans ces environnements si complexes69. C’est une recherche « en train de se faire », selon la tradition du Collège de France.

Utopies

58L’objet des sciences de la cognition, de la physiologie et des neurosciences – mon domaine de prédilection – vise à comprendre les bases biologiques, sociales et culturelles qui permettent à l’homme, à la femme et à l’enfant de « déployer pleinement [leur] personnalité physique, morale et intellectuelle » (Déclaration universelle des droits de l’homme). Or la dureté du réel et la désillusion de notre génération vis-à-vis de toutes les idéologies ne doivent pas interdire – surtout au Collège de France – de rejoindre les espoirs des utopistes qu’adviennent des sociétés, des villes, des écoumènes, qui ne seraient pas seulement Utopia, Icaria, la cité du Soleil ou le royaume du prêtre Jean, c’est-à-dire des mondes dans des îles lointaines et imaginaires. Voici donc, pour conclure, quelques exemples de projets qui relèvent de cette démarche.

  • 70  En 2020, la Maison du mouvement et de Marey n’avait pas encore vu le jour.

59Je souhaiterais tout d’abord mentionner l’existence, à Beaune, d’un musée consacré à l’œuvre d’Étienne-Jules Marey, dont Roland Recht et moi-même nous sommes occupés. Actuellement fermé en raison de la non-conformité de l’accès réservé au public, il présentait des objets et des documents, dépôts du Collège de France, de cet illustre pionnier de l’étude expérimentale du mouvement. Un projet devrait permettre de trouver un nouveau site pour que ce musée soit aussi un vecteur d’événements et de courants inédits. Conçu par la mairie de Beaune, le ministère des Affaires culturelles, la conservatrice du musée, ainsi qu’une association et des membres de la famille, ce projet vient d’être accepté, mais reste encore à définir70.

  • 71  L’Île en mouvement a été inaugurée en 2014.

60Un autre projet original et tout à fait extraordinaire, auquel j’ai eu la chance d’être associé, est celui de l’Île en mouvement, à Montbéliard. S’inspirant de mes deux premiers livres, Vincent Laborie m’a fait le plaisir d’en proposer le thème à l’agglomération du Pays de Montbéliard, qui l’a accepté grâce à l’appui de Jean-Marc Becker. Ce dernier avait déjà participé à l’élaboration du Parc scientifique du Près-la-Rose, avec le conseil municipal, et du Pavillon des sciences. Le projet fut bien sûr soutenu par l’agglomération, où vécurent Georges Cuvier et Étienne Œhmichen, titulaire de la chaire Biomécanique animale au Collège de France jusqu’à sa mort. La passion de ce dernier pour les modalités du vol chez les espèces vivantes le conduisit à créer plusieurs machines volantes ; il fut – c’est peu connu – le premier à réaliser un vol en hélicoptère, et ce au-dessus de l’aérodrome de Montbéliard. Le projet initial du parc de l’Île en mouvement (fig. 7), construit sur un terrain de la ville de Montbéliard, proposait un parcours qui permettait de décomposer la perception. Il avait pour objectif de faire comprendre aux passants que l’unité de la perception est en fait une construction du cerveau. Nous avions prévu un théâtre de verdure, des îlots destinés aux installations d’artistes, un trajet de retour invitant à l’étude de fonctions plus générales (la navigation, la capture, l’anticipation), ainsi qu’un bâtiment en forme de ruban au sein duquel étaient reconstituées l’évolution de la perception chez l’oiseau, mais aussi des salles de captures de mouvements, etc. Ce projet est malheureusement interrompu depuis deux ans. Néanmoins, la ville de Montbéliard le reprend actuellement dans une version simplifiée, plus modeste que ce qui formait peut-être une utopie. Il y aura, espérons-le, une île du mouvement à Montbéliard71.

Figure 7. Une utopie : un jardin scientifique dédié au cerveau et au mouvement.

Figure 7. Une utopie : un jardin scientifique dédié au cerveau et au mouvement.

L’Île en mouvement, située à Montbéliard, est un parc consacré à la culture scientifique. Le projet proposait un parcours de découverte autour des thèmes suivants : décomposition des sens (les cinq sens, ainsi que la proprioception et le système vestibulaire) ; lois du mouvement naturel ; notion de modèle interne ; geste et marche ; mémoire spatiale. Plusieurs bâtiments devaient permettre, d’une part, de présenter diverses démonstrations sur l’évolution, sur les différences entre espèces animales, sur la biomécanique du corps humain pendant la marche, etc., et, d’autre part, d’évoquer des aspects culturels (le thème du mouvement dans l’art et la littérature, la robotique humanoïde, etc.). Ce projet n’a pu voir le jour, mais une version simplifiée a finalement été construite.

© BASE paysagistes + ATELIER LAB architectes + ASA architecte scénographe + BETIC/INGÉROP + PV2D bet touristique + DILUVIAL fontainier pour le compte de l’agglomération du pays de Montbéliard.

61L’exploration de nouvelles planètes nous fait tous rêver. C’est cette activité que nous avons menée pendant dix ans, avec le Cnes et les astronautes français. Récemment, Halim Hicheur et moi-même avons souhaité étudier le mouvement de la marche sur la Lune. La Lune et Mars figurent en effet deux modèles scientifiques extrêmement intéressants puisque la gravité, au lieu d’être équivalente à un jet, y représente une fraction de jet. Cependant, ce projet n’a pu voir le jour en raison de l’abandon des programmes lunaires. Nous avons donc imaginé une sorte de laboratoire universel dans lequel la gravité a les valeurs suivantes : sur la Terre, 1 g ; dans l’espace, 0 g par suite de l’équilibre entre la force centrifuge de la rotation du vaisseau spatial et la gravité ; sur la Lune, 1/6 de g ; sur Mars, 1/3 de g.

62Revenons sur terre et préoccupons-nous, par exemple, de ce que j’ai évoqué pendant mon cours sur la vicariance, c’est-à-dire des capacités du cerveau à remplacer des fonctions déficientes. Arrêtons-nous un instant sur la substitution fonctionnelle, qui utilise les propriétés du cerveau émulateur. Grâce à l’imagerie cérébrale, il nous est désormais possible de comprendre la façon dont le cerveau construit de nouveaux réseaux pour remplacer ceux qui sont déficients. Pour mettre en œuvre ces substitutions, nous pouvons également utiliser des méthodes de remédiation et des thérapies cognitives comportementales. Dans la mesure du possible, nous allons poursuivre ces travaux sur le plateau Neuropact, plateau expérimental du Collège de France soutenu par la région Île-de-France.

  • 72  Alain Berthoz, Carlo Ossola et Brian Stock (dir.) (2013).
  • 73  Dans le cadre du programme interdisciplinaire « Cerveau, culture et société » de l’Institut d’étud (...)

63J’aimerais faire mention d’un autre chantier : celui de la pluralité interprétative, qui a fait l’objet d’un colloque organisé, il y a un an et demi, avec mes collègues Carlo Ossola et Brian Stock (université de Toronto) ; ce colloque sera publié par le Collège de France72. Il s’agit notamment de dénoncer les manipulations dont l’enfant, entre 8 et 13 ans environ, peut être victime. À ces âges, l’enfant se montre très malléable. Sous l’emprise d’influences extérieures, il peut aisément basculer vers une vision unique, étroite et haineuse d’autrui. Mon hypothèse est la suivante : si l’enfant est réduit à une perception unique et biaisée d’autrui, il risque de verser dans le fanatisme. Ce fut le cas des jeunesses sous Adolf Hitler ou Pol Pot ; et c’est une pratique qui s’exerce encore pour les enfants soldats ou dans les sectes et les écoles de la haine. Comment expliquer que le cerveau de l’enfant puisse être ainsi enfermé dans des schémas mentaux rigides, qui engendrent la haine, le fanatisme, la « radicalisation » – dit-on aujourd’hui – ou la « dépendance cognitive » – pour employer une terminologie scientifique ? Bien que nous n’ayons pas la réponse, nous pouvons suggérer des pistes73. Pour ce faire, il est essentiel de travailler, avec les juristes et les rhétoriciens, sur ce qui pourrait être un véritable droit à la pluralité interprétative de l’enfant.

  • 74  Alain Berthoz (2020).
  • 75  Alain Berthoz (2014).
  • 76  Ces problèmes ont fait l’objet de nombreuses recherches (toutes publiées), que j’ai pu mener avec (...)

64Pour finir, je souhaiterais évoquer un projet mené avec l’équipe du psychologue Olivier Houdé, spécialiste de la psychologie du développement et des sciences de l’éducation. Ces travaux, en cours de publication, s’intéressent à l’usage des référentiels égo- et allocentrés chez l’enfant. Les résultats préliminaires montrent que la capacité de coder l’espace de façon allocentrée, déjà présente vers 4 ans – comme nous l’avons expliqué avec nos amis hollandais –, se précise et s’épanouit vers l’âge de 10-12 ans. Cette faculté est étroitement liée au développement de l’inhibition et de l’empathie, qui exige de changer de point de vue74. Nous pouvons émettre une hypothèse modeste et bien sûr partielle : l’enfant, prisonnier de ses schémas mentaux, s’apparenterait à une personne enfermée dans un labyrinthe n’offrant qu’un seul chemin, qu’une seule sortie, qu’une seule vision du monde. J’avance l’idée qu’il existe une période critique cognitive pour le changement de point de vue75. Cette période du développement, située entre 7 et 12 ans, correspond non seulement à l’âge de l’acquisition du sentiment de tolérance envers autrui, mais aussi – comme l’a suggéré le premier Jean Piaget – au moment où l’enfant peut changer de point de vue spatial76. C’est précisément cette phase qui fut choisie par Hitler, Pol Pot, ou plus récemment par Daesh et l’Armée de résistance du Seigneur (LRA) en Ouganda, pour endoctriner les enfants. Cette plage temporelle s’inscrit bien sûr dans un lent processus d’élaboration de cette capacité – celle de coder l’espace de façon allocentrée – qui, à mon avis, atteint sa maturité seulement vers 7-8 ans et s’enrichit par la suite d’autres compétences et facultés relevant des valeurs morales et de processus de décision très complexes.

  • 77  Alain Berthoz et Carlo Ossola (dir.) (2019).

65Ces exemples représentent uniquement des pistes que je soumets à votre appréciation. Ils illustrent néanmoins le désir des biologistes de collaborer avec les sciences humaines et sociales pour que progressent la reconnaissance et le respect des droits de l’homme. Ils sont aussi le signe que l’enseignement du Collège de France nous incite à suivre cet adage : « N’oublie pas d’oser77. » Merci beaucoup.

Notes

1  Titulaire de la chaire Communications cellulaires de 1976 à 2006.

2  C’est grâce au Cnes que nous avons pu mener de nombreux vols spatiaux pour étudier l’influence de la gravité sur les fonctions perceptives et motrices, et sur la mémoire spatiale. Faute de temps, lors de ma leçon, je n’ai pas pu évoquer ce travail considérable de près de quinze ans. Si j’en ai le loisir, je raconterai cette formidable aventure ailleurs. Je souhaite toutefois rendre hommage à toute la hiérarchie du Cnes et à l’ensemble des ingénieurs et des cosmonautes qui accompagnèrent nos projets avec passion, patience et générosité. Je mentionnerai ici uniquement Claudie Haigneré, qui fit sa thèse dans notre laboratoire, puis vola à bord de la station Mir et de la Station spatiale internationale ; elle est ma marraine à l’Académie des technologies. J’aimerais également rendre hommage à René Bost et à Antonio Guell, qui participèrent à cette aventure, ainsi qu’à l’ingénieur Pierre Simon, qui suivit avec compétence et ardeur la mise au point de nos équipements innovants.

3  Alain Berthoz (1999).

4  Titulaire de la chaire Neurophysiologie de 1972 à 1991. Il est décédé en 2012.

5  Titulaire de la chaire Neuropharmacologie de 1982 à 2006 et administrateur du Collège de France de 2000 à 2006. Il est décédé le 4 novembre 2020.

6  Titulaire de la chaire Médecine expérimentale de 1989 à 2012 et administrateur du Collège de France de 2006 à 2012.

7  Il est décédé en 2013.

8  Il est décédé en 2020.

9  L’Unité de l’homme. Invariants biologiques et universaux culturels (1974).

10  De 1984 à 1986, puis de 1988 à 1993.

11  De 1988 à 1992.

12  De 1997 à 2000.

13  L’Isir (Institut des systèmes intelligents et de robotique), à Paris, a depuis réussi à établir des coopérations fructueuses avec des équipes de neurosciences et des cliniciens. J’ai eu la chance de travailler et de publier avec Vincent Hayward, mais aussi avec plusieurs membres du laboratoire, formés à la croisée des disciplines : c’est le cas de Benoît Girard et de Mehdi Khamassi, eux-mêmes élèves de Jean-Arcady Meyer. C’est avant tout dans le cadre de grands programmes européens de neuro-robotique, pilotés par Paolo Dario à Pise, et de coopérations avec des roboticiens japonais que s’est concrétisé ce projet.

14  Titulaire de la chaire Grammaire et pensée allemandes de 1986 à 1998.

15  Alain Berthoz (1997).

16  Titulaire de la chaire Littératures modernes de l’Europe néolatine de 1999 à 2020.

17  Voir Alain Berthoz, Carlo Ossola et Brian Stock (dir.) (2013) ; Alain Berthoz et Carlo Ossola (dir.) (2019).

18  Titulaire de la chaire Philosophie des sciences biologiques et médicales de 2000 à 2009.

19  Titulaire de la chaire Philosophie du langage et de la connaissance de 1995 à 2010.

20  Titulaire de la chaire Métaphysique et philosophie de la connaissance depuis 2010.

21  Titulaire de la chaire Anthropologie de la nature de 2000 à 2019.

22  Titulaire de la chaire Équations différentielles et systèmes dynamiques de 1996 à 2016. Il est décédé en 2016.

23  Titulaire de la chaire Histoire de l’art européen médiéval et moderne de 2001 à 2012.

24  Alain Berthoz et Roland Recht (dir.) (2005).

25  Titulaire de la chaire Littératures de la France médiévale de 1995 à 2016.

26  Guillemette Bolens (2008).

27  Titulaire de la chaire Études juridiques comparatives et internationalisation du droit de 2003 à 2011.

28  Alain Berthoz, « Le relatif et l’universel dans les fonctions cognitives », séminaire « Hominisation, humanisation », 28 avril 2011 ; en ligne : https://www.college-de-france.fr/site/mireille-delmas-marty/seminar-2011-04-28-09h30__2.htm (consulté le 3 novembre 2020).

29  Alain Berthoz, « Adaptation du rôle du système vestibulaire dans le passage mer-terre », séminaire « Sortir de l’eau ou le passage de la vie aquatique à la vie terrestre », 8 avril 2010 ; en ligne : https://www.canal-u.tv/video/college_de_france/college_de_france_seminaire_sortir_de_l_eau_du_8_avril_2010_alain_berthoz.6068 (consulté le 3 novembre 2020).

30  Titulaire de la chaire Religion, institutions et société de la Rome antique de 2001 à 2016.

31  Alain Berthoz (1997).

32  Alain Berthoz (20092).

33  Alain Berthoz et Yves Christen (dir.) (2009).

34  Alain Berthoz (20091). Voir aussi Alain Berthoz et Jean-Luc Petit (dir.) (2014).

35  « René Cassin, une pensée ouverte sur le monde moderne », Collège de France, 22 octobre 1998.

36  Elle est décédée en 2017.

37  Alain Berthoz (2003). Voir aussi Alain Berthoz et Didier Naud (dir.) (2009).

38  Voir Angela Minzoni et Éléonore Mounod (2016). Ce livre est consacré à la simplexité et à son utilisation pour une refondation des processus dans le back-office de la banque. Il résulte d’un travail de réflexion et d’un colloque organisé au Collège de France, mais aussi de la chaire d’entreprise Efficacité opérationnelle et systèmes de management créée par l’École Centrale Paris et BNP Paribas, en 2012. Voir aussi Angela Minzoni et Éléonore Mounod (dir.) (2017).

39  « Autisme, cerveau et développement. De la recherche à la pratique », Journées de l’Arapi (Association pour la recherche sur l’autisme et la prévention des inadaptations), Collège de France, juin 2003. Les actes de ce colloque ont été publiés en 2005 chez Odile Jacob : Alain Berthoz, Christian Andres, Catherine Barthélémy, Jean Massion et Bernadette Rogé (2005).

40  Alain Berthoz et Jean-Louis Vercher (dir.) (2006).

41  L’enregistrement de ce colloque est disponible sur le site internet du Collège de France : https://www.college-de-france.fr/site/alain-berthoz/p1364995227363_content.htm (consulté le 3 novembre 2020).

42  Il est décédé en 2017.

43  Laurent Petit, Christophe Orssaud, Nathalie Tzourio, Georges Salamon, Bernard Mazoyer et Alain Berthoz (1993).

44  Olivier Ghaem, Emmanuel Mellet, Fabrice Crivello, Nathalie Tzourio, Bernard Mazoyer, Alain Berthoz et Michel Denis (1997).

45  Marie-Hélène Grosbras, Élie Lobel, Pierre-François Van der Moortele, Denis Le Bihan et Alain Berthoz (1999) ; Marie-Hélène Grosbras, Ute Leonards, Élie Lobel, Jean-Baptiste Poline, Denis Le Bihan et Alain Berthoz (2001).

46  Alain Berthoz et Jean-Luc Petit (dir.) (2006).

47  Il est décédé en 2018.

48  Depuis, ce projet a été couronné de succès : plusieurs patients ont été implantés. Néanmoins, de grands progrès restent à faire pour généraliser ces méthodes, comme cela a été fait pour les implants cochléaires.

49  Ce projet a abouti et a conduit à une thèse, mais aussi à plusieurs publications, dont l’une est parue dans une revue du consortium Nature.

50  L’existence de ce double, et son rôle possible dans la relation avec les avatars virtuels, sont devenus un problème majeur étant donné le large emploi des avatars dans les jeux vidéo, la remédiation, mais aussi le travail. Depuis cette leçon de clôture, trois projets ont été réalisés avec des artistes spécialisés dans l’immersion avatariale : « Devenez avatar » (fig. 1), « DualCorps » (fig. 1) et, enfin, un projet mené avec François Garnier, à l’École nationale des Arts décoratifs, sur le rôle que joue l’interaction entre avatars dans l’émotion et la mémoire, lors de la visite d’un musée de peinture virtuel.

51  Alain Berthoz et Gérard Jorland (dir.) (2004).

52  Ce rôle de l’inhibition dans la relation avec autrui est discuté dans mon livre L’Inhibition créatrice (Alain Berthoz, 2020).

53  Bérangère Thirioux, Manuel R. Mercier, Olaf Blanke et Alain Berthoz (2014).

54  Alain Berthoz (2013).

55  Isadora Olivé et Alain Berthoz (2012).

56  En coopération avec Guy Orban, neurophysiologiste qui occupa une chaire annuelle au Collège de France (2006-2007), Pierre Lebranchu, ophtalmologue à l’hôpital de Nantes, et Stéphane Lehéricy, neuro-radiologue à l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière, nous fîmes une description par IRM des aires corticales impliquées dans la poursuite oculaire.

57  Samson Freyermuth, Jean-Philippe Lachaux, Philippe Kahane et Alain Berthoz (2007) ; Pierre Lebranchu, Julien Bastin, Mélanie Pélégrini-Issac, Stéphane Lehéricy, Alain Berthoz et Guy Orban (2010) ; Julien Bastin, Giorgia Committeri, Philippe Kahane, Gaspare Galati, Lorella Minotti, Jean-Philippe Lachaux et Alain Berthoz (2012).

58  Robert G. Baker et Alain Berthoz (dir.) (1977) ; Alain Berthoz et Geoffrey Melvill Jones (dir.) (1985).

59  « Sensorimotor computation: The control of gaze », Collège de France, Paris, 3 mai 2010.

60  Alain Berthoz (20091) ; Alain Berthoz et Jean-Luc Petit (dir.) (2014).

61  Colas N. Authié, Alain Berthoz, José-Alain Sahel et Avinoam B. Safran (2017).

62  Quang-Cuong Pham (2009).

63  Vittorio Belmonti, Giovanni Cioni et Alain Berthoz (2013) ; Mariella Dimiccoli, Benoît Girard, Alain Berthoz et Daniel Bennequin (2013) ; Ognyan I. Kolev, Matthieu Lafon, Giulia Zanelli et Alain Berthoz (2013) ; Anne-Hélène Olivier, Antoine Marin, Armel Crétual, Alain Berthoz et Julien Pettré (2013) ; Anaick Perrochon, Gilles Kemoun, Éric Watelain et Alain Berthoz (2013) ; Najate Jebara, Éric Orriols, Mohamed Zaoui, Alain Berthoz et Pascale Piolino (2014) ; Ognyan I. Kolev, Spaska O. Georgieva-Zhostova et Alain Berthoz (2014) ; Bérangère Thirioux, Louis Tandonnet, Nematollah Jaafari et Alain Berthoz (2014) ; Gentiane Venture, Hideki Kadone, Tianxiang Zhang, Julie Grèzes, Alain Berthoz et Halim Hicheur (2014) ; Kinga Iglói, Christian F. Doeller, Anne-Lise Paradis, Karim Benchenane, Alain Berthoz, Neil Burgess et Laure Rondi-Reig (2015).

64  Daniel Bennequin et Alain Berthoz (2017).

65  John Scheid (2012). Voir Alain Berthoz et John Scheid (dir.) (2018).

66  Anaick Perrochon, Gilles Kemoun, Benoît Dugué et Alain Berthoz (2014). Depuis cette leçon, le dispositif du « Tapis virtuel™ », conçu par Mohamed Zaoui, a permis d’étudier les fonctions de la mémoire visuo-spatiale à la fois chez des adultes et des enfants dits « normaux », mais aussi chez des patients atteints de troubles vestibulaires et de troubles psychiatriques (fig. 5).

67  Alain Berthoz (2021).

68  Julien Barra, Laetitia Laou, Jean-Baptiste Poline, Denis Le Bihan et Alain Berthoz (2012).

69  Guillaume Thibault, Achille Pasqualotto, Manuel Vidal, Jacques Droulez et Alain Berthoz (2013).

70  En 2020, la Maison du mouvement et de Marey n’avait pas encore vu le jour.

71  L’Île en mouvement a été inaugurée en 2014.

72  Alain Berthoz, Carlo Ossola et Brian Stock (dir.) (2013).

73  Dans le cadre du programme interdisciplinaire « Cerveau, culture et société » de l’Institut d’études avancées de Paris, Gretty Mirdal (directrice de l’IEA de 2012 à 2018), Itzhak Fried (neurochirurgien et résident de l’IEA pendant trois ans) et moi-même avons tenté de comprendre le Syndrome E. Ce syndrome provoque un dédoublement de la personnalité chez des sujets « ordinaires » et conduit à des actes meurtriers. Les résultats de ces travaux sont publiés dans Itzhak Fried, Alain Berthoz et Gretty Mirdal (2021).

74  Alain Berthoz (2020).

75  Alain Berthoz (2014).

76  Ces problèmes ont fait l’objet de nombreuses recherches (toutes publiées), que j’ai pu mener avec des psychologues de l’enfant, des neurologues et des pédopsychiatres : à Paris, David Cohen ; à Rennes, Sylvie Tordjman ; à Brest, Michel Botbol et Nathalie Lavenne-Collot ; à Sienne, Roberto Canitano ; à Limoges, Anaick Perrochon ; à Pise, Giovanni Cioni et Vittorio Belmonti. Ces recherches concernaient des enfants dits « normaux » (entre 5 ans et l’adolescence), ainsi que des patients autistes, schizophrènes, atteints de troubles de l’attention, anorexiques ou infirmes moteurs cérébraux. Pour effectuer ces études, nous avons mis au point de nouveaux paradigmes expérimentaux (fig. 5).

77  Alain Berthoz et Carlo Ossola (dir.) (2019).

Table des illustrations

Titre Figure 1. Les nouveaux paradigmes pour l’étude des interactions avec des créatures virtuelles.
Légende « Devenez avatar », projet d’étude de l’interaction avec des créatures virtuelles (avatars numériques), est installé au Collège de France. Un individu se tient debout. Il porte un casque de réalité virtuelle dans lequel il se voit en train de voler. Il contrôle néanmoins la direction de son vol grâce à son corps. Des mesures physiologiques ont permis d’appréhender les modifications de l’état du sujet lorsqu’il s’identifie à l’avatar. Le projet « DualCorps » est une performance d’immersion intensive dans un monde virtuel (collaboration artistique avec Claire Sistach et Soizic Sanson). Pendant deux semaines, les deux artistes ont été séparées physiquement, mais unies par un programme de réalité virtuelle. Dans l’univers « Second Life », elles sont représentées sous la forme d’avatars jumeaux qui agissent et interagissent. Grâce à des mesures comportementales et physiologiques, nous avons pu analyser les effets de cette gémellité.
Crédits [À gauche] © E. A. Amato, E. Perenni, G. Gorisse et S. Richir. [À droite] © Labex Arts-H2H / graphisme : Studio Des Signes, Muchir Desclouds.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 712k
Titre Figure 2. Deux réseaux pour la sympathie et l’empathie.
Légende Deux stratégies cognitives de prise de perspective possibles dans l’interaction avec autrui. Le premier schéma (à gauche) représente le paradigme du funambule. Un sujet, debout, tient un balancier ; l’image d’une funambule virtuelle est projetée sur un écran. De manière spontanée, ou en réponse à l’instruction de « faire comme la funambule », le sujet se penche vers la gauche ou vers la droite lorsque la fumambule effectue l’une ou l’autre de ces actions. Des capteurs permettent d’enregistrer l’inclinaison du balancier. Le second schéma (à droite) illustre, d’une part, le comportement « en sympathie » – symétrie de réflexion : le sujet se penche vers la gauche lorsque la funambule se penche vers la droite – et, d’autre part, le comportement « en empathie » – symétrie de rotation : le sujet change de point de vue, se met à la place de la funambule et se penche lui aussi vers la droite. L’enregistrement de l’activité électro-encéphalographique montre que des aires différentes du cerveau sont impliquées dans les deux comportements. Ces réseaux corticaux coïncident en partie avec ceux identifiés comme participant aux phénomènes d’autoscopie et d’héautoscopie.
Crédits Source : Bérangère Thirioux, Gérard Jorland, Michel Bret, Marie-Hélène Tramus et Alain Berthoz, « Walking on a line: A motor paradigm using rotation and reflection symmetry to study mental body transformations », Brain and Cognition, vol. 70, 2009, p. 191-200 (DOI : 10.1016/j.bandc.2009.02.006). © 2009, avec l’autorisation d’Elsevier. Voir aussi Bérangère Thirioux, Manuel R. Mercier, Olaf Blanke et Alain Berthoz, « The cognitive and neural time course of empathy and sympathy: An electrical neuroimaging study on self-other interaction », Neuroscience, vol. 267, 2014, p. 286-306 (DOI: 10.1016/j.neuroscience.2014.02.024).
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 520k
Titre Figure 3. Les bases neurales de la saccade oculaire : enregistrement neuronal chez l’homme.
Légende Enregistrement cérébral de l’activité neuronale pendant une saccade oculaire, grâce à des électrodes implantées chez un patient épileptique. A : Schéma simplifié des circuits impliqués dans la saccade oculaire : les aires sont appelées sous leurs abréviations issues de la terminologie internationale (en anglais). B : Schéma d’un cerveau de patient dans lequel sont implantées des électrodes pour l’exploration de foyers épileptiques. Chaque électrode possède plusieurs plots d’enregistrement de l’activité électro-encéphalographique (SEEG) des champs de potentiels émis par des groupes de neurones à proximité de l’électrode. C : Exemple de protocole simple de saccade. Le patient doit d’abord fixer une cible située devant lui, puis effectuer une saccade vers une autre cible, à sa droite. D : Activité EEG enregistrée par une électrode au niveau d’un plot situé dans le champ oculomoteur frontal (on a maintenu la terminologie internationale : « Frontal Eye Field » [FEF]) : en abscisse, le temps ; en ordonnée, la fréquence d’oscillation (Hz : Hertz) de l’activité EEG. On voit la brève activation qui accompagne le déclenchement de la saccade. E : Activité EEG dans la bande de fréquence dite « gamma », enregistrée par une électrode au niveau d’un plot situé dans le champ oculomoteur supplémentaire (« Supplementary Eye Field » [SEF]). On voit que l’activité précède la saccade et se prolonge.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 476k
Titre Figure 4. Les géométries du mouvement.
Légende Reproduction des tracés obtenus à partir des trajectoires effectuées par un sujet lorsqu’il dessine (à gauche) et lorsqu’il marche (à droite). Pour chacune de ces deux conditions, la colonne de gauche (schémas A, D, G) représente en bleu le type de forme réalisée. Au centre (schémas B, E, H), le tracé rouge indique les fluctuations de la vitesse de la trajectoire. Le tracé bleu traduit la trajectoire prédite par un modèle mathématique combinant les trois géométries euclidienne, équi-affine et affine. La colonne de droite (schémas C, F, I) représente un cycle de dessin ou de marche ; la proportion respective des trois géométries y est signalée par les couleurs verte, rouge et bleu. On retiendra de cette figure que le cerveau utilise plusieurs géométries pour contrôler la génération des trajectoires en fonction de leur forme.
Crédits Source : Daniel Bennequin, Ronit Fuchs, Alain Berthoz et Tamar Flash, « Movement timing and invariance arise from several geometries », PLoS Computational Biology, vol. 5, 2009, e1000426 (DOI : 10.1371/journal.pcbi.1000426). © 2009, Bennequin et al.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 708k
Titre Figure 5. Les nouveaux paradigmes pour l’étude de l’empathie, de l’identité et de la mémoire spatiale.
Légende Le miroir double Alter ego (à gauche), installation artistique créée par Moritz Wehrmann, a été adapté à l’analyse de l’interaction avec autrui, de l’identité, de l’imitation, etc. Il a été utilisé chez des patients souffrant de syndromes autistiques, d’anorexie mentale et de schizophrénie. Un jeu de lumière permet au sujet A de se voir comme dans un miroir, ou de voir le sujet B qui est assis en face de lui, ou encore de percevoir son image, comme s’il s’était dédoublé et se tenait à la place de B. En graduant cette illusion, nous avons pu étudier la capacité des patients à se libérer du soi au profit d’autrui. Le dispositif du « Tapis virtuel™ » (à droite) a été inventé par Mohamed Zaoui à partir d’un autre dispositif : celui du « Tapis magique », réalisé par Pierre Leboucher, Michel Ehrette et Sébastien Rateau, en coopération avec Cecilia Guariglia et Laura Piccardi de l’université de Rome. Un projecteur crée une scène spatiale sur le sol : il peut s’agir d’une série de dalles virtuelles, d’une ville, d’un labyrinthe… Le sujet doit effectuer des tâches de mémorisation et de reproduction de trajets locomoteurs, ou encore résoudre des problèmes de planification de trajets. Ces tâches visuo-spatiales locomotrices sont utilisées chez l’enfant, pour l’étude de son développement et de sa pathologie, mais aussi chez des patients atteints d’infirmité motrice cérébrale (cerebral palsy), de troubles de l’attention (ADHD), etc.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 564k
Titre Figure 6. Des réseaux latéralisés pour des stratégies de navigation différentes.
Légende Des réseaux différents et latéralisés sont impliqués lorsqu’un sujet effectue une navigation basée sur la mémoire spatiale avec des stratégies divergentes (notamment basées soit sur les lieux [E], soit sur une séquence d’actions [G]). L’activité cérébrale enregistrée par IRMf révèle l’engagement de quatre régions cérébrales : le cortex pariétal médian, le cortex préfrontal médian, le cervelet – au niveau du lobule VII A Crus I – et l’hippocampe. La navigation spatiale active le cervelet Crus I gauche et l’hippocampe droit, conjointement avec le cortex pariétal médian. La navigation basée sur une séquence active, quant à elle, le cervelet Crus I droit, l’hippocampe gauche et le cortex préfrontal médian.
Crédits [À droite] Source : Kinga Iglói, Christian F. Doeller, Anne-Lise Paradis, Karim Benchenane, Alain Berthoz, Neil Burgess et Laure Rondi-Reig, « Interaction between hippocampus and cerebellum Crus I in sequence-based but not place-based navigation », Cerebral Cortex, vol. 25, 2015, p. 4146-4154 (DOI : 10.1093/cercor/bhu132). Avec l’autorisation d’Oxford University Press.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-6.jpg
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Titre Figure 7. Une utopie : un jardin scientifique dédié au cerveau et au mouvement.
Légende L’Île en mouvement, située à Montbéliard, est un parc consacré à la culture scientifique. Le projet proposait un parcours de découverte autour des thèmes suivants : décomposition des sens (les cinq sens, ainsi que la proprioception et le système vestibulaire) ; lois du mouvement naturel ; notion de modèle interne ; geste et marche ; mémoire spatiale. Plusieurs bâtiments devaient permettre, d’une part, de présenter diverses démonstrations sur l’évolution, sur les différences entre espèces animales, sur la biomécanique du corps humain pendant la marche, etc., et, d’autre part, d’évoquer des aspects culturels (le thème du mouvement dans l’art et la littérature, la robotique humanoïde, etc.). Ce projet n’a pu voir le jour, mais une version simplifiée a finalement été construite.
Crédits © BASE paysagistes + ATELIER LAB architectes + ASA architecte scénographe + BETIC/INGÉROP + PV2D bet touristique + DILUVIAL fontainier pour le compte de l’agglomération du pays de Montbéliard.
URL http://books.openedition.org/cdf/docannexe/image/11357/img-7.jpg
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