Votre esprit et l’Univers seraient faits de la même particule mystérieuse, suggère une nouvelle étude

Quand la matière grise résiste aux modèles

On ne va pas se mentir, modéliser un système biologique, c’est un véritable casse-tête. C’est particulièrement vrai quand on s’attaque à la matière grise : axones, neurones, vaisseaux sanguins… tout ce tissu qui compose votre système nerveux est d’une complexité affolante. Le cerveau humain, le plus gros de tous les primates, est une machine formidablement conçue pour stocker et traiter l’information. Mais comprendre comment tout cela est assemblé restait jusqu’ici un défi majeur.

Cependant, une nouvelle astuce pourrait bien changer la donne. Une étude publiée le 7 janvier dans la prestigieuse revue Nature aborde ce vieux problème de construction naturelle avec une approche pour le moins inattendue. L’idée ? Les réseaux vivants, comme notre cerveau, pourraient bien utiliser certaines règles structurelles issues de la théorie des fils. Oui, ce cadre de physique théorique habituellement réservé à l’infiniment petit. En gros, il existerait des analogies entre la façon dont les particules subatomiques composent notre univers et la manière dont notre cerveau a évolué.

Des fils vibrantes aux neurones

Alors, qu’est-ce que la théorie des fils vient faire là-dedans ? Pour faire simple, c’est une construction mathématique qui tente de marier la théorie de la relativité générale d’Einstein avec la mécanique quantique, c’est-à-dire le comportement des particules subatomiques. Même si les scientifiques peinent encore à la vérifier par l’observation, l’idée centrale est que les minuscules particules formant l’univers sont en fait des sortes de « fils » vibrantes. Nous interprétons ces vibrations comme de la matière, tels que des électrons ou des atomes. C’est, à ce jour, la meilleure tentative des scientifiques pour formuler une « théorie du tout ».

Le lien avec votre cerveau ? Selon l’équipe de recherche, ces fils vibrantes peuvent servir à calculer ce qu’on appelle des « surfaces minimales ». C’est, concrètement, la manière la plus simple et économe de relier des objets entre eux. Et il semblerait que les réseaux biologiques, comme le cerveau, soient construits exactement de la même façon.

Xiangyi Meng, physicien au Rensselaer Polytechnic Institute et auteur principal de l’étude, explique la démarche : « Nous voulons étudier tous ces réseaux biologiques et remonter à leur construction ». Pour y parvenir, il ne suffit pas de regarder la forme finale, il faut des « données temporelles » pour comprendre « comment les structures vont grandir, comment elles développent des branches ».

L’économie d’énergie : la priorité de la nature

C’est là que les anciennes méthodes montraient leurs limites. Avec les techniques mathématiques classiques — dont certaines, rappelle Meng, ont des racines vieilles d’un siècle — les modèles avaient un biais : ils favorisaient les séparations en deux voies. Or, dans la nature, les choses sont souvent plus complexes. Regardez une branche d’arbre : elle se divise souvent en trois, quatre directions, voire plus. La théorie des fils, elle, parvient à rendre compte de cette complexité, y compris de ce que l’équipe appelle les « bourgeons orthogonaux ».

Ces bourgeons sont des impasses qui apparaissent naturellement sur les arbres, les plantes et… les neurones. Dans les cerveaux, les synapses — ces points de connexion entre neurones — se trouvent dans 98 % de ces bourgeons. Pourquoi est-ce important ? Parce que cela prouve que les connexions neuronales cherchent à utiliser le moins de matériel biologique possible pour économiser de l’énergie. C’est exactement la même stratégie que les plantes et les champignons appliquent avec leurs racines pour chercher l’eau et les nutriments dans le sol.

Attention toutefois, l’idée que la théorie des fils puisse prédire la structure du cerveau n’en est qu’à ses balbutiements. L’étude ne s’est pas limitée aux humains : elle a examiné des arbres, des coraux, des plantes Arabidopsis et même des neurones de mouches à fruits. Résultat ? Si les surfaces minimales sont bien présentes, les réseaux réels s’avèrent être au moins 25 % plus longs que ce que la théorie prédisait.

Pas de conscience quantique, mais une architecture fascinante

Il faut garder la tête froide. L’équipe précise bien que ces recherches concernent l’assemblage du cerveau, et non la façon dont nous pensons. « Nous ne disons pas que le cerveau est quantique », insiste Xiangyi Meng. Il serait difficile de faire le grand saut vers une théorie de la conscience ou de la réalité à partir de là. L’étude porte « vraiment sur la structure mathématique développée par les théories des fils… elles peuvent décrire l’univers fondamental, mais au moins certaines parties des mathématiques peuvent être utilisées pour décrire la biologie ».

Vijay Balasubramanian, biophysicien à l’Université de Pennsylvanie (qui n’a pas participé à l’étude), voit tout de même un bénéfice clair dans ces travaux. Pour lui, la contribution positive de ce papier est de reconnaître que « la surface des neurones et de leurs axones est probablement plus importante que leur longueur pour déterminer la meilleure structure ».

Les chercheurs ne comptent pas s’arrêter là. Meng a indiqué que l’équipe prévoyait une série d’articles et comptait approfondir ses collaborations avec des neuroscientifiques, des discussions ayant déjà lieu avec l’Université de Princeton, par exemple. L’objectif ? Regarder ces structures en plus haute résolution pour mieux comprendre leur fabrication et prédire leur évolution. En attendant, le plan de construction de notre tour de contrôle reste l’un des plus grands mystères de la nature.

Selon la source : popularmechanics.com

Créé par des humains, assisté par IA.