Aujourd’hui, on vous invite à découvrir la vie et l’œuvre de V.S. Ramachandran, un neuroscientifique connu pour ses connaissances et son activité populaire dans le domaine de la neurologie comportementale et psychophysique de la vision. Auteur de nombreux essais, il a mené certaines des recherches neuroscientifiques les plus importantes de ces dernières années. Ramachandran enseigne la psychologie et les neurosciences à l’université de Californie, San Diego. Ses articles et essais universitaires ont fait de lui l’un des principaux diffuseurs de la neuroscience actuelle, reconnu dans le monde entier. C’est pourquoi, en 2011, il s’est inscrit sur la liste Time 100, qui regroupe les cent personnes les plus influentes de l’année. Ses principales contributions comprennent des recherches sur les neurones miroirs, le membre fantôme, la synesthésie, la théorie des fenêtres brisées dans l’autisme, la paralysie du sommeil et de nombreuses autres contributions à la connaissance humaine.

Enfance et éducation de V.S. Ramachandran

Vilayanur S. Ramachandran est né en Inde en 1951 dans le Tamil Nadu. Fils d’un ingénieur et d’un diplomate des Nations unies à Bangkok, il a fréquenté les écoles britanniques de Madras et de Bangkok. Il a obtenu son diplôme de médecine à Madras, mais a passé son doctorat en neurosciences expérimentales à Cambridge. Il a passé les deux années suivantes à l’université de Caltech aux États-Unis, où il a travaillé comme chercheur avec Jack Pettigrew. En 1983, il a été nommé professeur adjoint au département de psychologie de l’université de Californie. Il y a continué à exercer comme conférencier jusqu’à aujourd’hui.

Carrière scientifique

Son premier champ d’investigation a été la perception visuelle. Au début des années 1990, Ramachandran s’est intéressé aux syndromes neurologiques tels que le trouble de l’intégrité corporelle, les membres fantômes et le syndrome de Capgras. Ses découvertes ont inspiré de nouvelles idées sur le fonctionnement du cerveau humain, même si ses premières recherches n’ont fait qu’un usage relativement limité de technologies complexes telles que la neuroimagerie. Il dirige actuellement une équipe de recherche composée d’étudiants et de chercheurs californiens. Son groupe de travail, connu sous le nom de CBC (Center for Brain and Cognition), a publié de nombreux articles scientifiques sur un certain nombre de nouvelles théories dans le domaine des neurosciences.

V.S. Ramachandran et les membres fantômes

On appelle membre fantôme l’effet ressenti par une personne qui a perdu un membre, comme le bras ou la jambe, mais qui continue à sentir l’absence de l’extrémité. Ramachandran a étudié ce phénomène et est arrivé à la conclusion qu’il existe une relation entre le membre fantôme et la plasticité neurale du cerveau humain adulte. Ses recherches ont montré qu’en cas de perte d’un membre, le cerveau humain produit des changements importants dans le cortex somatosensoriel. Les résultats suggèrent un lien entre la réorganisation corticale et le sentiment que le membre manquant est toujours absent.

  • Si un bras était paralysé avant l’amputation (lésions de nerfs périphériques par exemple), le membre fantôme aura tendance à être paralysé et occupera sensiblement la même position dans le schéma corporel du patient. L’auteur appelle ce phénomène une « paralysie apprise ».
  • Dans le cas d’une amputation consécutive à un acte chirurgical non traumatique (tumeur), le patient peut généralement effectuer des mouvements de mobilisation du membre fantôme de façon volontaire. Avec le temps, la capacité à produire/imaginer ce mouvement décroit progressivement chez certains patients.
  • Si le patient ressent une douleur fantôme vive et intense, le patient ressent une grande difficulté à mobiliser son bras fantôme car la production du mouvement peut amplifier la douleur. C’est le même principe de kinésiophobie que l’on peut retrouver dans d’autres cas de douleurs chez des patients non amputés.

Dispositif de boîte miroir. Un miroir est disposé verticalement au centre d’une boite en bois. Le patient place sa main saine sur un coté de la boîte et observe le reflet de celle-ci dans le miroir. Le postulat est donc simple, si le cerveau est capable d’apprendre qu’un membre est paralysé, peut-on alors l’aider à désapprendre cette paralysie / réapprendre ce mouvement perdu (plasticité cérébrale). Pour cela, le Dr Ramachandran imagine un dispositif de boîte miroir dans lequel le membre sain du patient est reflété par un miroir sur le côté opposé, en lieu et place du bras amputé. Ainsi le patient est en mesure de voir à nouveau ses deux mains. Les afférences visuelles pourraient ainsi offrir un support concret à ce nouvel apprentissage. Les consignes sont simples, le patient doit produire un mouvement prédéfini en amont par le thérapeute avec sa main saine et reproduire simultanément ce même mouvement avec sa main fantôme. Pour certains patients, l’expérience fut étonnante. En effet, l’auteur reporte le cas d’un homme qui ressent la production d’un mouvement sous l’illusion du miroir dans son bras amputé tandis qu’il retrouve un membre immobile et gelé dès lors qu’il tente cette même expérience sans le feedback du miroir.

10 patients ont été testé suivant ce protocole. L’ancienneté des blessures est variable puisque l’on note des inclusions post-amputation s’étalant de 2 mois à 19 ans. Pour des raisons pratiques, tous les patients n’ont pas suivi exactement le même protocole et des réajustements mineurs ont eu lieu pendant la prise en charge. Pour ces raisons, l’auteur présente les résultats obtenus individuellement. Il est par ailleurs intéressant de noter que pour certains patients, l’expérimentateur a créé l’illusion du mouvement par sa propre main et non au travers de la main saine du patient. Dans les deux cas, le patient ressent profondément l’initiation d’une commande motrice dans le membre fantôme. Les afférences visuelles semblent donc être suffisantes pour « tromper » le cerveau et la production d’un mouvement bilatéral non-indispensable.

La boîte à miroir

On attribue à V.S. Ramachandran la théorie de la boîte à miroir et la rétroaction visuelle des miroirs. Connue sous le nom de thérapie par miroir, elle est utilisée pour traiter la paralysie des membres fantômes. Dans de nombreux cas, la restauration du mouvement du membre fantôme à travers la boîte à miroir réduit également la douleur ressentie. Une étude réalisée a montré que cette thérapie peut avoir une forte influence sur le réseau moteur grâce à une meilleure compréhension cognitive du contrôle des actions. D’autres recherches parallèles soulignent qu’il n’existe actuellement pas suffisamment de preuves pour confirmer les résultats de la thérapie par boîte à miroir.

Synthèse : câblage neural croisé

La synesthésie est l’effet ressenti par ceux qui voient des couleurs en écoutant de la musique. Il est également typique de la synthèse d’associer des chiffres à des couleurs ou des perceptions tactiles à des émotions. En d’autres termes, chez les personnes synesthétiques, deux ou plusieurs systèmes perceptifs sont activés face à un seul stimulus. V.S. Ramachandran a étudié ce phénomène et a été l’un des premiers à théoriser que la synesthésie est produite par l’activation croisée de régions du cerveau spécialisées dans différents stimuli. Avec son équipe, il a également mis au point plusieurs tests pour détecter cet étrange phénomène.

V.S. Ramachandran et le débat sur les neurones miroirs

C’est Giacomo Rizzolati qui a écrit en 1922, et pour la première fois, les neurones miroirs dans un article publié par l’Université de Parme. Ramachandran a concentré la plupart de ses études sur le rôle de ces types de neurones ; il a étudié comment ils sont impliqués dans les différentes capacités mentales de l’homme, telles que l’empathie, l’apprentissage, l’évolution du langage. À cet égard, il a prédit que les neurones miroirs représenteraient un tournant et qu’ils aideraient à clarifier certaines capacités mentales dont le mécanisme exact était encore inconnu. Il a comparé l’importance de la découverte des neurones miroirs dans le domaine de la psychologie à la découverte de l’ADN pour la biologie.

Conclusions

Le retour d’informations selon un système de leurre visuel au niveau du bras amputé d’un patient permettrait l’émergence de nouveaux circuits neuronaux effectifs et organisés en moins de trois semaines. Le Dr Ramachandran note par ailleurs la restauration quasi immédiate d’un mouvement dans le membre fantôme et ceci même dans les cas d’amputation (très) ancienne. Enfin, un total de trois heures seulement, sur le dispositif de thérapie miroir, répartis sur trois semaines aura suffi à un patient pour :

  • Se réapproprier son image corporelle,
  • Eliminer ses douleurs au niveau du coude et
  • Remobiliser ses doigts.

A partir de ces résultats précurseurs, Ramachandran va investiguer plus en profondeur les mécanismes qui sous-tendent les améliorations constatées sous thérapie miroir et ses applications pratiques. De nombreux auteurs vont s’intéresser à cette nouvelle thérapie et l’apport de l’imagerie fonctionnelle constituera, un peu plus tard, une avancée importante dans la compréhension et l’exploration des bases neurophysiologiques qui soutiennent ces améliorations.

Neurosciences cognitives

Les neurosciences cognitives sont le domaine de recherche dans lequel sont étudiés les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent la cognition (perception, motricité, langage, mémoire, raisonnement, émotions). C’est une branche des sciences cognitives qui fait appel pour une large part aux neurosciences, à la neuropsychologie, à la psychologie cognitive, à l’imagerie cérébrale ainsi qu’à la modélisation.

Cognitives

Les neurosciences cognitives sont issues de la Révolution cognitiviste qui a donné naissance au domaine des sciences cognitives à partir de la convergence de plusieurs disciplines scientifiques qui s’intéressaient toutes à l’esprit humain. Toutefois, on peut aussi faire remonter l’origine des neurosciences cognitives à bien plus tôt. Elles se sont véritablement constituées en discipline unifiée.

Neuropsychologie et mémoire

L’essor de cette discipline tient probablement à plusieurs facteurs. Parmi ceux-ci, on peut d’abord citer la neuropsychologie. Cette discipline scientifique de la psychologie qui étudie les conséquences sur le comportement de lésions cérébrales a permis de tracer des liens entre l’anatomie du cerveau et le fonctionnement de l’esprit humain analysé par la psychologie cognitive. L’un des cas les plus célèbres fut étudié à la fin des années 1950 par Brenda Milner avec William Scoville. Il s’agit d’un homme surnommé HM qui a subi une opération chirurgicale par laquelle on lui a retiré les deux hippocampes, droit et gauche, du lobe temporal de son cerveau, ceci afin de supprimer les crises d’épilepsie dont il souffrait. Le mérite des deux chercheurs fut de montrer que cette opération avait entraîné chez ce patient des troubles de la mémoire sévères mais spécifiques : sans qu’on ait pu l’anticiper à l’époque, HM était devenu amnésique antérograde, c’est-à-dire incapable de mémoriser toute nouvelle information au-delà d’une durée de quelques dizaines de secondes. Du point de vue scientifique, le cas HM a prouvé de façon particulièrement marquante l’existence de différents systèmes de mémoire postulés par les théories de la psychologie cognitive de l’époque. En effet, malgré son amnésie, il restait capable de se souvenir d’événements s’étant produit quelques années avant son opération et il pouvait même apprendre des gestes nouveaux sans se souvenir de les avoir appris.

Neuropsychologie et langage

Les travaux de Paul Broca constituent les prémices des études de neuropsychologie sur des patients cérébrolésés. Il observe en effet, une lésion dans la région frontale gauche, chez un patient atteint d’un trouble sévère de la production du langage. Cette région est nommée à présent aire de Broca, et elle est en effet considérablement impliquée dans la production du langage, mais les caractéristiques de l’aphasie expressive (dite Aphasie de Broca) engendrée par une lésion de cette région varient considérablement en fonction de l’étendue de la lésion. Ces travaux relancèrent d’ailleurs les théories locationnistes à l’époque.

Électrophysiologie et vision

Un autre élément qui a aussi largement participé à la dynamique des neurosciences cognitives tient au développement des techniques d’électrophysiologie qui permettent d’enregistrer l’activité électrique des neurones chez un animal éveillé dans le cerveau duquel ont été préalablement implantées des électrodes. Tout comme l’utilisation massive de la micro-informatique qui a permis d’en calculer les données. Ainsi, David Hubel et Torsten Wiesel ont montré que les neurones du système visuel étaient organisés de telle sorte que l’information visuelle était analysée de façon de plus en plus complexe à chaque étape de traitement dans le cortex visuel. En effet, ces deux neurobiologistes ont observé que certains neurones du cortex strié du chat et du singe macaque répondaient uniquement à une image de barre orientée suivant un angle spécifique et localisée dans une région précise du champ visuel, tandis que d’autres neurones baptisés « complexes » par opposition aux premiers dits « simples », ne déchargeaient des potentiels d’action que lorsque cette même image était en plus animée d’un mouvement dans une direction mais pas dans l’autre. Enfin, un troisième type de neurones fut identifié : les cellules « hypercomplexes » capables de détecter un angle formé par deux barres ou l’extrémité d’une barre. En outre, lorsqu’on passe d’une cellule simple à une cellule complexe jusqu’à une cellule hypercomplexe, la taille du champ récepteur, c’est-à-dire la zone du champ visuel qui déclenche une réponse du neurone, augmente. Ces données ont fourni les premières bases neurobiologiques sur la façon dont le cerveau traite les images issues de la rétine et ont valu à Hubel et Wiesel le prix Nobel en 1981.