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Iseult, plongée dans le cerveau humain

19 mai 2017

Une prouesse technologique

Pour ses 10 ans le centre NeuroSpin du CEA de Saclay se dote de l'IRM (instrument d'imagerie par résonance magnétique) le plus puissant au monde. Avec son aimant supraconducteur de taille ...

Les points forts de l'agroforesterie

L'agroforesterie et la transition agroécologique

Le système d'agriculture actuel doit se transformer afin de répondre aux défis de la production agroalimentaire, ...

Le plongeon final de Cassini

Une mission riche en enseignements

Afin de mieux connaître Saturne et ses satellites, la sonde spatiale Cassini a quitté la Terre en octobre 1997. Parvenue à destination en 2004, elle s'est mise en orbite autour de la

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Les protéines du tardigrade

Publié le 27 avril 2017

Que sont les protéines intrinsèquement désordonnées (PID) ?

François-Xavier Theillet, chercheur à l'I2BC (Institut de biologie intégrative de la cellule, rattaché au CEA, au CNRS et à l'université Paris Sud) étudie ...

La fibre pour le très haut débit

(source image : www.elbpresse.de)
26/04/17

Le très haut débit et la fibre

L'ARCEP (Autorité de Régulation des Communications Électroniques et des Postes) définit le très haut débit par des débits d'information supérieurs ...

Lutter contre le paludisme

Une maladie endémique

Le paludisme, ou malaria, est une infection des globules rouges causée par le protozoaire Plasmodium falciparum, qui a pour origine le gorille. Ses symptômes se rapprochent de ceux de la grippe : fièvre, troubles ...

Une piste de recherche pour guérir du SIDA

Des virus dormants

Le SIDA (Syndrome d’ImmunoDéficience Acquise) est le dernier stade de l’infection par le VIH (Virus de l’Immunodéficience Humaine). Ce rétrovirus s’attaque aux cellules du système immunitaire, les lymphocytes T CD4. Après les avoir infectées, il les détruit ou les rend inefficaces, ce qui entraîne un affaiblissement du système immunitaire et une vulnérabilité face aux infections opportunistes.

Les antirétroviraux, d'abord l'AZT seul puis le développement de trithérapies et d'autres pistes, permettent de ralentir l'évolution du syndrome et donc de contrôler l'infection. Cependant, certaines particules virales infectent les cellules de l'organisme sans les détruire, en restant dormantes. Le virus persiste donc dans des réservoirs au sein du système immunitaire, protégé des traitements car ne se répliquant plus et surtout prêt à se disséminer si le terrain redevient favorable. Ce qui contraint les patients à suivre des traitements toute leur vie.

En parallèle des thérapies actuelles, ainsi que des campagnes d'information et des recherches sur un éventuel vaccin visant à prévenir la propagation de l'épidémie, la guérison complète du VIH passe nécessairement par l'élimination de ces réservoirs. Pour envisager cela, une première étape est alors de distinguer dans le système immunitaire les cellules infectées des cellules saines actives, qui se ressemblent fortement. Pour ce faire, une équipe de l'Institut de génétique humaine est partie de l’hypothèse que le VIH pourrait laisser une empreinte à la surface de sa cellule hôte.

Identifier des marqueurs pour cibler les réservoirs de virus

Grâce à un modèle d’infection développé dans leur laboratoire, les chercheur·euse·s ont identifié la protéine CD32a, présente uniquement à la surface des cellules infectées. Codée par un gène parmi la centaine qui sont exprimés de manière spécifique par les cellules infectées, la protéine remplit in vitro les critères d’un marqueur de cellules réservoirs. Pour Monsef Benkirane, directeur de l'Institut : « L'expression de ce marqueur a une signification biologique. Il faut qu'on comprenne ce que la cellule est en train de nous dire lorsqu'elle est stressée par le virus. »

Le résultat a été confirmé par les expérimentations sur des échantillons cliniques. En étudiant des prélèvements de sang de douze patients séropositifs traités, les chercheur·euse·s ont constaté que les cellules exprimant le marqueur étaient presque toutes porteuses du virus. De plus, ces cellules ont pu être réactivées in vitro et se sont révélées capables de réinfecter des cellules saines, illustrant l'impossibilité pour un patient aujourd'hui d'arrêter son traitement.

« Cette découverte est un début, et pas une fin. L'utiliser pour comprendre comment le réservoir s'est établi, comment il s'est maintenu, quelles sont ses propriétés, ouvre de grandes perspectives de compréhension. Vu le nombre d'équipes dans le monde qui se sont attelées à ces recherches, on va très vite accumuler suffisamment de données pour proposer des stratégies thérapeutiques efficaces pour le traitement du VIH ciblant le réservoir. »

Un brevet, en propriété CNRS, a été déposé sur l'utilisation diagnostique et thérapeutique du marqueur ainsi identifié. Cette étude ouvre la voie à de nouvelles stratégies visant l'élimination totale du virus latent. Ces travaux, publiés dans la revue Nature, s’inscrivent dans le cadre du programme stratégique Réservoirs du VIH de l’ANRS (Agence nationale de recherches sur le sida et les hépatites virales).

En savoir plus

Découverte d’un marqueur du réservoir du VIH : une nouvelle piste pour éliminer le virus, communiqué de presse du CNRS et communiqué de presse de l'INSERM

VIH et Sida, dossier de l'INSERM

VIH et Sida, dossier de l'OMS

L'épidémie de SIDA : vers une résurgence ? sur Sciences en ligne

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Vers des réseaux de synapses artificiels
Une synapse électronique capable d'apprentissage a été créée, avec en vue la création de systèmes tels que des caméras économes en énergie.

La mémoire et la synapse

Dans le cerveau, les informations sont transmises par des signaux électriques véhiculés par les neurones. Ces cellules sont connectées entre elles grâce à des synapses, dont les caractéristiques sont modulées en fonction des impulsions qu'elles reçoivent. Ainsi, une stimulation régulière provoque un renforcement des connexions synaptiques dans le temps. Ces modifications moléculaires sont appelées potentialisations à long terme.

Dans l'hippocampe, siège de la mémoire, cette capacité de la synapse à adapter sa résistance participe à la capacité d'apprentissage des êtres vivants. Les neurones de cette zone, très plastiques, renforcent les connexions qui reçoivent des influx nerveux. Cette augmentation de l'efficacité peut durer de plusieurs heures à plusieurs semaines. Dans une démarche de biomimétisme, l'électronique peut reprendre les principes de fonctionnement du vivant pour créer des synapses artificielles.

Le memristor, synapse artificielle

S'inspirant de ce mécanisme, une équipe de scientifiques a créé une synapse artificielle sur une puce électronique, le flux d'électrons jouant le rôle des neurotransmetteurs. Ils ont appliqué le principe du memristor, dont la force de résistance varie en fonction du courant qui le traverse et imite donc le fonctionnement de son équivalent biologique. Le nanocomposant électronique, formé d'une fine couche ferroélectrique prise en sandwich entre deux électrodes, garde en mémoire les tensions électriques qui lui ont été appliquées.

Les scientifiques ont également développé un modèle physique qui explicite cette capacité d'apprentissage autonome et prédit son fonctionnement. Ces travaux ouvrent la voie à la création d'un réseau de synapses moins énergivores que ceux utilisés actuellement dans certains algorithmes de reconnaissance d'images. De plus, l'étude de ces modèles va permettre de créer des architectures électroniques de plus en plus complexes, comme des ensembles de neurones artificiels interconnectés par ces memristors.

Des systèmes d'apprentissage bio-inspirés

De tels réseaux pourraient révolutionner l'apprentissage profond des machines, le deep learning, en devenant l'une des briques d'un futur cerveau artificiel qui répliquerait les capacités d'un cerveau du monde vivant. Ainsi, après avoir étudié ce comportement dynamique à l'échelle d'un memristor, les chercheur·euse·s ont simulé l'apprentissage non-supervisé d'un réseau artificiel composé de quarante-cinq memristors pour la reconnaissance de formes simples.

Ces travaux sont à la base d'un nouveau type de caméra destiné à la reconnaissance de formes en temps réel, qui n'active ses pixels que si la scène présente dans l'angle de vision est modifiée. Les architectures électroniques nouvelles seraient plus efficaces dans les tâches d'apprentissage, non pour remplacer totalement l'architecture traditionnelle des micro-processeurs mais pour les compléter. Dans le cadre du projet européen ULPEC H2020 visant à concevoir une caméra bio-inspirée, les scientifiques du CNRS envisagent de traiter l'information reçue par un réseau de neurones d'environ mille memristors.

En savoir plus

La synapse, sur Le cerveau à tous les niveaux

Fonctionnement d'une synapse, sur Sciences en ligne

Quatre questions sur le cerveau, sur Sciences en ligne

Des machines qui parlent entre elles ?, sur Sciences en ligne

Des synapses électroniques capables d'apprendre : vers un cerveau artificiel ?, communiqué de presse du CNRS

Arthur Jeannot
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