Symposium international : la physique au service du cerveau
Rencontre avec deux chercheuses qui réinventent le dialogue entre disciplines pour mieux comprendre, et peut-être mieux soigner, le cerveau.
Et si la physique pouvait éclairer le fonctionnement du cerveau autant que la biologie ? C’est le pari d’un symposium international organisé le 7 novembre à l’Institut du Cerveau par Fanny Mochel, professeure à Sorbonne Université, et la neuropédiatre Ángeles García-Cazorla, spécialiste du neurométabolisme pédiatrique à Barcelone. Ensemble, elles explorent les liens entre physique, métabolisme et fonctions cérébrales, en mêlant sciences dures, médecine, philosophie et art.
Entretien croisé
Comment est née l’idée de ce symposium autour de la physique et des neurosciences ?
Fanny Mochel : Tout est parti d’une rencontre humaine. Lors d’un festival scientifique dans les Pyrénées, j’ai fait la connaissance de Sylvie Vauclair, l’astrophysicienne qui donnera la conférence inaugurale du symposium. Sa conférence sur la genèse des éléments dans l’univers et sur la manière dont la vie émerge de la matière m’a profondément marquée. Elle y montrait combien l’interdisciplinarité entre chimie, physique et biologie est essentielle. Je me suis dit qu’il nous manquait sans doute un niveau de compréhension dans notre façon d’aborder la biologie et le métabolisme cellulaire. Quelques semaines plus tard, j’en ai parlé à Ángeles lors d’une conférence internationale.
Ángeles García-Cazorla : De mon côté, je lis souvent des essais pour nourrir ma réflexion au-delà de la recherche clinique et notamment sur le lien entre la physique quantique et la biologie. Quand Fanny m’a parlé de sa rencontre avec Sylvie Vauclair, nous avons réalisé que nos intuitions se rejoignaient : il fallait créer un espace où ces disciplines puissent se rencontrer. C’est ainsi qu’est née l’idée d’un événement international, multidisciplinaire, qui interrogerait le lien entre physique et métabolisme cérébral.
Quelles leçons tirez-vous de la première édition, organisée à Barcelone en 2024 ?
F. M. : La première édition a été un grand succès. Nous avons accueilli des chercheurs de renom qui ont été séduits par la dimension interdisciplinaire du symposium. L’enthousiasme et la curiosité étaient palpables. Cette expérience nous a convaincues de poursuivre l’aventure et de consolider et transmettre cette approche, pour que d’autres s’en inspirent et contribuent aux prochaines éditions.
Comment vos équipes collaborent-elles entre la France et l’Espagne ?
F. M. : Ce dialogue passe d’abord par l’organisation d’événements internationaux et par la formation. Ángeles a lancé un master international sur le neurométabolisme, auquel je participe avec d’autres experts, et qui comprend une école d’été et un symposium annuel.
Nous encourageons aussi les échanges entre nos équipes : j’accueille depuis quelques mois une neurologue de l’équipe d’Ángeles, spécialisée en pédiatrie et en maladies rares métaboliques, qui vient observer nos travaux sur les formes adultes, souvent moins connues que celles de l’enfant.
A. G. C. : Notre ambition est de créer un joint lab entre l’Institut du Cerveau à Paris et l’Institut Sant Joan de Déu à Barcelone. Cela nous permettrait de mettre en place des programmes doctoraux conjoints, d’accueillir des chercheurs et chercheuses dans les deux structures, et de développer un réseau de collaboration solide.
Votre partenariat incarne une approche européenne de la recherche. Qu’en retirez-vous ?
A. G. C. : C’est une formidable opportunité d’aller chercher l’excellence et de collaborer avec des spécialistes de très haut niveau. C’est aussi une ouverture culturelle : chaque pays a sa manière de penser et de faire la science. Cette diversité nous pousse à sortir de nos habitudes ; à enrichir nos approches et à nous inspirer mutuellement.
F. M. : Même si nous partageons un langage scientifique commun, nos formations et nos héritages culturels diffèrent. Il existe des “écoles” française, espagnole, allemande… Ces traditions façonnent nos façons de poser les questions, d’interpréter les résultats, d’enseigner.
Ce dialogue entre cultures scientifiques nous oblige à prendre de la distance, à voir les choses sous un autre angle. C’est précisément ce qui rend notre collaboration si stimulante : l’excellence n’est pas seulement ailleurs, elle est aussi dans la diversité des points de vue.
Comment la physique peut-elle éclairer le fonctionnement du cerveau au-delà de la biologie ?
A. G. C. : Les neurones représentent déjà un défi physique exceptionnel. Très longs et polarisés, ils nécessitent une machinerie complexe pour transporter les molécules d’une extrémité à l’autre en quelques nanosecondes, c’est ce que j’appelle la physique du transport.
S’y ajoute la physique électrique ou électrophysiologie : les potentiels de membrane et les charges électriques du cerveau doivent être parfaitement synchronisés pour former des réseaux de communication entre neurones. Lorsque ces équilibres sont perturbés, les maladies apparaissent. C’est ce que nous cherchons à comprendre.
Quels outils physiques permettent de mieux observer le cerveau ?
F. M. : Les méthodes physiques, comme la résonance magnétique, ont beaucoup évolué ces dernières années. Grâce à l’élastographie par résonance magnétique, par exemple, nous pouvons désormais visualiser les propriétés physiques du cerveau. Celle-ci augmente avec le vieillissement et semble jouer un rôle clé dans la neurodégénérescence. Des travaux récents sur la maladie d’Alzheimer montrent que cette rigidité est un facteur prédictif majeur, bien avant la charge en protéine amyloïde.
Ces contraintes mécaniques pourraient non seulement expliquer certains mécanismes biologiques, mais aussi ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.
Vous évoquez aussi un lien avec l’astrophysique. Comment l’infiniment grand peut-il aider à comprendre l’infiniment petit ?
F. M. : Pour moi, cela a été une véritable épiphanie. J’ai réalisé que tout ce que nous étudions - l’ADN, l’ARN, les composants fondamentaux du vivant - vient en réalité de l’univers. Comme le disait le directeur de thèse de l’astrophysicienne Sylvie Vauclair, invitée du symposium : nous sommes des poussières d’étoiles. Cette astrophysicienne a passé quarante ans à comprendre la genèse des éléments et aujourd’hui, on découvre dans l’univers des molécules encore plus complexes, comme certains lipides, dont on cherche à retracer la formation.
Nous avons introduit le symposium en parlant du cosmos dans une cellule. C’est une manière d’envisager le vivant à une autre échelle, beaucoup plus large. Par association, on peut parfois résoudre un problème microscopique en le regardant à l’échelle macroscopique, et inversement.
Pourquoi avoir intégré la philosophie et l’art dans ce symposium scientifique ?
A. G. C. : La philosophie nous aide à sortir du réductionnisme, à sortir des sentiers battus, à penser autrement et à accueillir d’autres idées et perspectives. Elle apporte aussi une réflexion éthique : interroger le sens et l’impact de nos recherches.
F. M. : Dès le premier symposium, nous avons voulu aussi y associer une dimension artistique, à travers la musique ou la peinture. L’art mobilise une pensée associative, très différente de la pensée analytique propre aux sciences. Il nous aide à aborder les problèmes complexes autrement, à associer les idées plus librement, sans inhibition. C’est une source majeure de créativité.
Cette interdisciplinarité se traduit-elle déjà dans vos travaux ?
F. M. : Depuis le premier symposium, nous avons lancé plusieurs projets de recherche impliquant des équipes interdisciplinaires en Allemagne, en Italie et au Royaume-Uni. L’un porte sur les maladies mitochondriales, modèles de vieillissement prématuré, pour comprendre comment les contraintes physiques peuvent influencer la variabilité de ces maladies de l’enfant à l’adulte. Avec des partenaires d’Oxford et de Padoue, nous souhaitons combiner résonance magnétique du cerveau et analyse cellulaire pour explorer les liens entre mécanique, expression génique et fonctions mitochondriales.
A. G. C. : Un autre projet, mené avec le Max Planck Institute de Dresde, étudie les transferts de lipides entre organites, altérés dans certaines maladies génétiques. Nous allons déposer une ERC Synergy Grant pour associer nos trois pôles (Paris, Dresde et Barcelone) et croiser nos modèles et nos savoir-faire. Nous souhaitons aussi développer des formations interdisciplinaires et des co-directions de thèses, notamment dans le cadre du Human Frontier Science Program et des bourses Marie Curie.
Quel avenir imaginez-vous pour la “physique du cerveau” ?
F. M. : L’un de nos moteurs reste la recherche de nouveaux traitements. Certaines thérapies anciennes, comme l’acupuncture ou l’ostéopathie, qui ont démontré leur efficacité, reposent déjà sur des principes physiques en agissant sur les propriétés physiques des tissus. Il serait passionnant de les revisiter à la lumière de la physique moderne.
On peut aussi imaginer d’autres pistes thérapeutiques. Par exemple, la résonance magnétique nous permet aujourd’hui de mesurer la rigidité cérébrale, et les ultrasons offrent la possibilité d’ouvrir temporairement la barrière hémato-encéphalique. Cela pourrait transformer la manière d’administrer certains traitements au cerveau.
A. G. C. : Les nanoparticules offrent aussi des perspectives prometteuses : elles peuvent transporter des molécules et des médicaments vers des zones précises du cerveau et libérer leur contenu de manière contrôlée. Ces approches, encore expérimentales, pourraient bientôt être testée cliniquement et offrir une nouvelle utilisation thérapeutique de la physique du cerveau.