Archives du mot-clef biologie

Ce fruit est un légume.

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légume-bonus
  Bon il parait que c’est le printemps. Et moi j’aime les plantes, principalement celle qu’on peut manger. Et à force de traîner avec des botanistes, on en devient quelqu’un d’autre (mieux ou moins bien, je ne saurais vous dire). Donc petite leçon rapide … Continue reading →

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C’est tellement compliqué on ne peut jamais savoir ! Pas de vaccins, pas d’OGM et pas de jus de tomate !

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Le principe de précaution dans sa forme rationnelle est une réaction qui me paraît tout-à-fait sensée face à un techno-optimisme béat (qui n’a guère plus cours depuis un très bon moment quand même je pense) et face à de potentielles élites ne se préoccupant pas des risques pour la populace (voir discussion sur le test [...]
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La crucifixion tape sur les nerfs

Le   par
crucifixion
Sur de nombreuses représentations artistiques (comme ce tableau de Franz
Christoph Janneck), le Christ sur la croix semble faire le signe de la
bénédiction.
À l’occasion, des médecins tentent de reconstituer le dossier médical de
patients depuis longtemps disparus, faisant alors s’entrecroiser histoire et
sciences. Ainsi, une récente étude a montré que l’athérosclérose, maladie
artérielle que l’on pensait associée à notre régime hypercalorique
contemporain, frappait déjà les
Égyptiens momifiés il y a 4 000 ans. Un examen attentif du rapport
d’autopsie de Vladimir Ilitch Oulianov, plus connu sous le nom de Lénine, fait
dire aujourd’hui à des médecins californiens que le leader de la Révolution
d’Octobre aurait été emporté prématurément, à l’âge de 53 ans, par une

maladie génétique rare. De même, de nombreux médecins ont tenté de percer
le mystère de la maladie qui a poussé Vincent Van
Gogh à se couper l’oreille. Suivant cette tradition, une équipe de neurologues
s’est penchée sur une singularité observée dans de nombreuses œuvres d’art
représentant le Christ sur la croix : la posture particulière de ses mains
clouées. Faut-il y voir un message religieux ou le signe d’un trouble
neurologique ? Apparue dans l’Empire perse au cinquième siècle avant notre ère, le
crucifiement s’est progressivement répandu dans tout le pourtour méditerranéen,
sous l’impulsion d’Alexandre le Grand. Ce châtiment est ensuite devenu sous
l’Empire romain un mode d’exécution répandu pour punir esclaves, pirates,
prisonniers de guerre et autres criminels étrangers, avant d’être interdit par
l’empereur Constantin Ier en 337. Cette méthode particulièrement
cruelle est restée « célèbre » comme le mode d’exécution de Jésus de Nazareth. Le
Christ en croix est depuis lors l’une des figures les plus fréquentes de
l’iconographie chrétienne. Parmi les innombrables représentations du
crucifiement de Jésus, un détail, retrouvé dans un grand nombre d’œuvres
d’époques, de cultures et de styles différents, a intrigué Jacqueline Regan, de
l’hôpital Inova Fairfax de Falls Church, en Virginie (États-Unis) et ses
collègues : les mains du Christ adoptent une position particulière,
l’auriculaire et l’annuaire complètement pliés, le majeur l’étant partiellement
contrairement à l’index et au pouce, tendus.

Tout est une histoire de nerfs

Le nerf ulnaire aboutit dans l’annuaire et l’auriculaire, alors que le nerf
médian innerve pouce, index et majeur.
Cette posture singulière des doigts de la main serait une conséquence
directe de la crucifixion, selon les neurologues américains. La position du
corps adoptée sur la croix (les deux bras en l’air, les épaule formant un angle
d’environ 135°) cause une forte contrainte mécanique sur un nerf traversant le
bras jusqu’aux extrémités de certains doigts : le nerf médian. Cette pression
sur le nerf médian peut compromettre la circulation sanguine, comme cela a été
montré chez des rats et des lapins ; cette ischémie, si elle est
prolongée, dégrade à son tour la fonction de certains nerfs périphériques et
entraîne in fine la dénervation de certains muscles de l’avant-bras.
Ces défauts nerveux, causés non pas directement par le clou, planté la chair
entre les os métacarpiens, mais par la position contrainte du corps sur la
croix, se traduisent par l’incapacité de fléchir le pouce, l’index et le
majeur. En revanche, le fonctionnement du nerf ulnaire n’est pas entravé
par la crucifixion : le crucifié garde le contrôle de ses annulaire et
auriculaire. Le majeur, innervé à la fois par le nerf ulnaire et le nerf
médian, ne conserve lui qu’une capacité de flexion partielle. Le tableau
neurologique dressé par les médecins américains permet de retrouver très
exactement la posture de la main qu’adopte Jésus sur ces tableaux. Les neurologues américains ne sont pas les premiers à s’intéresser de près à
la crucifixion. Leurs travaux s’inscrivent dans une longue suite de
recherches, parmi lesquels
ceux de Frederick Zugibe, qui
n’a pas hésité en 1989 à accrocher des cobayes humains sur une croix pour
comprendre la cause finale de la mort : asphyxie, arrêt cardiaque ?
L’expert de médecine légale penchant finalement pour la « théorie du choc ».
Jacqueline Regan et ses collègues ont semble-t-il été tentés de suivre la même
voie expérimentale mais « des considérations éthiques rendent cette option
déraisonnable« . Loués soient-ils ! Source : J.M. Regan et al., Probing the statistical properties of unknown
texts: application to the Voynich Manuscript, Brain and Behavior, 18 mars
2013. Crédit photo : Wikimedia Commons. Lire la suite →

Quand l’économie rencontre la génétique

Le   par
sequencing-money
Depuis l’avènement des méthodes de séquençage, on prétend trop souvent tout expliquer par la génétique. Pas un jour sans que les médias ne nous annoncent la découverte du gène « de ceci » ou « de cela ». Deux chercheurs en économie viennent de pousser le bouchon un peu plus loin, en prétendant corréler le niveau de développement économique des [...]

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Le cerveau humain diffère-t-il de celui des singes ? La réponse dans l’expression des gènes

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C’est la semaine du cerveau ! « Du cerveau » vous pensez tout-de-suite au votre ou au mien à la limite, au cerveau humain. Mais tous les vertébrés ont un cerveau. Je suis toujours géné par les études qui visent à trouver ce qui nous rend unique, ce qui fait des humains des êtres tellement à part, [...]
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Les réseaux neuronaux: le cerveau, une source d’inspiration

Le   par
neurone formel

Cette semaine le café des sciences nous propose de parler du cerveau. Comme je vous ai récemment parlé de réseaux écologiques, j’ai décidé de rester dans la thématique des réseaux et de vous expliquer avec des mots simples ce que sont les réseaux neuronaux. Parce qu’en fait l’expression « réseau neuronal » est loin d’être explicite. Alors effectivement elle a des fondements biologiques en lien avec les neurones, mais en fait, ça n’a plus grand-chose à voir avec notre matière grise à proprement parler.
 Historiquement, les réseaux de neurones ont été mis en évidence par 4 chercheurs américains au cours des années 60. En 1968, ils publient « What the frog’s eye tells to the frog’s brain », un article qui décrit la structure neuronal chez la grenouille. Ils y expliquent aussi l’organisation du neurone et sa fonction au sein d’une structure complexe, les réseaux de neurones. A la suite de ces observations biologiques, les scientifiques ont schématisé un neurone en trois parties : les dendrites qui constituent les entrées de l’information créée par un stimulus, un corps où l’information est traitée, et l’axone qui représente la voie de sortie de l’information vers d’autres unités neuronales.
Représentation schématique d’un neurone formel
Ce schéma correspond à celle d’un neurone formel. A ce stade, on est tout juste à la jonction entre les réseaux neuronaux biologiques et les réseaux neuronaux mathématiques.
En effet, un neurone formel, c’est une représentation informatique et mathématique du neurone biologique. Un neurone formel, comme les neurones biologiques, ne traîne jamais seul. Les neurones formels sont regroupés en réseaux de neurones artificiels (voir la figure ci-dessous). Ces modèles mathématiques peuvent réaliser des fonctions complexes logiques ou arithmétiques comme en sont capables nos propres réseaux de neurones.  
Un réseau neuronal constitué d’enchaînements de neurones formels, branchés en parallèle. Et encore celui là est simple comparé à ceux qu’on peut trouver!
Alors vous allez me demandez pourquoi je vous ai dit un peu plus tôt que l’expression « réseaux neuronaux » n’était pas explicite ?
C’est parce que les réseaux neuronaux, au sens courant des scientifiques, sont un modèle de calcul qui sont à la fois utilisés comme applications statistiques et comme méthode d’intelligence artificielle (quoi de plus logique pour des neurones !).
Sans vouloir vous assommer avec des explications mathématiques bien trop complexes pour la biologiste que je suis, il est pourtant essentiel de préciser que l’élément révolutionnaire du modèle mathématique neuronal est l’apprentissage. C’est-à-dire que les paramètres du modèle vont s’adapter en fonction des différentes expériences auquel le modèle a à faire face au cours d’une application. En gros, le modèle mathématique va apprendre de ces expériences.
Trêve de maths ! Pour concrétiser un peu les choses voilà quelques applications possibles des réseaux neuronaux. Dans des domaines très variés, on peut les utiliser pour la classification automatique des codes postaux,  la prise de décision pour un achat boursier en fonction de l’évolution des cours, les paris pour les jeux de courses, le décodage de signaux de télédétection émis par les satellites, l’estimation de la valeur d’une entreprise, la modélisation de l’apprentissage et amélioration des techniques d’enseignement ou encore les prévisions météorologiques…
Concernant la biologie et l’écologie, les applications peuvent être aussi diversifiées :
- on peut utiliser les modèles de réseaux neuronaux pour connaître les doses de radioéléments à prescrire et le protocole d’administration au patient dans les traitements contre le cancer. Pour cela on utilisera les données sur des patients antérieurs de même morphologie et avec les mêmes caractéristiques vitales.
- pour prédire le comportement d’une espèce invasive à son introduction dans un milieu, on peut fournir au modèle de réseaux neuronaux les informations obtenues sur les cas précédents d’invasion par cette espèce, comme les paramètres d’extension de l’espèce (reproduction, survie, consommation…) et les caractéristiques du milieu d’accueil.
- les réseaux neuronaux pourront aussi permettre de connaître l’impact de la disparition d’une espèce au sein d’un habitat bien connu et décrit en termes de biodiversité, d’abondance d’espèces et de paramètres physico-chimiques.
- un exemple d’utilisation des réseaux neuronaux est la classification de taxon sur la base d’analyse ADN ou de caractères morphologiques.
Vu qu’on est justement sur un blog de biologie des organismes, je vais vous détailler un peu ce dernier exemple : Les  informations d’entrées dans le modèle de réseau neuronal doivent être numériques. C’est-à-dire qu’on va attribuer une valeur à tous les caractères comparés (morphologiques ou moléculaires) pour chaque taxon qui doit être classé. Le nombre de valeurs d’entrées n’est pas limitée, et plus il y en a, plus l’algorithme donnera un résultat robuste. Sur la base des similarités rencontrées entre chaque couple de taxon (duo, triplet, quadruplet….) le modèle statistique va être capable de produire en sortie, une classification unique dépendant des données d’entrée. En d’autres termes, ça veut dire que si on modifie une de ces données d’entrée ou alors qu’on apporte une information de plus, il réexaminera les relations entre les taxons pour confirmer ou invalider la classification précédemment proposée. La différence avec les autres méthodes de classification, c’est qu’elle garde en mémoire les relations entre tous les couples de taxon pour chaque caractère déjà exploré lorsqu’elle examine un nouveau caractère. Au final elle aura estimé toutes les relations inter-taxons pour chaque caractère et chaque interaction entre caractère. Cette méthode statistique permet également de savoir de quel taxon se rapproche le plus un organisme X sans nécessairement l’inclure dans la classification.
Je ne vous cache pas que les réseaux, et encore plus les réseaux neuronaux, c’est quelque chose d’assez ardu, mais ils ne sont qu’une pâle image de ce qu’on peut trouver dans la nature.
Pour les plus téméraires d’entre vous, voilà un article  sur MSDN Magasine, bien plus technique que le mien, et qui aborde les dessous maths/info des réseaux neuronaux.
Références:
- Lettvin, J.Y., Maturana, H.R., McCulloch, W.S., & Pitts, W.H. (1959) What the Frog’s Eye Tells the Frog’s Brain, Proceedings of the IRE, Vol. 47, No. 11, pp. 1940-51.
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Le plus petit cerveau du monde

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c_elegans
Cette semaine, du 11 au 17 mars 2013, c’est la Semaine du Cerveau ! Pour célébrer l’occasion, les blogueurs du C@fé des Sciences ont décidé de se creuser les méninges, et de proposer une semaine thématique concernant notre (deuxième) organe préféré. Comme je vous ai déjà parlé d’Einstein la semaine dernière, j’ai décidé d’en prendre [...]

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Carl Woese a révolutionné la biologie puis est mort sans prix Nobel

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Arbrefestiblog-e1349567583882-1024x963
Tiens on parlait de phylogénie moléculaire, revenons sur un très grand monsieur de la biologie, qui est mort fin 2012 : Carl Woese. Peut-on imaginer un physicien ou un chimiste qui aurait changé par sa recherche le premier chapitre des livres d’introduction à la matière, et en fait la façon dont on considère toute sa [...]
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Notre génome n’est pas fonctionnel à 80% et je reste poli, moi #ENCODE

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Vous vous rappelez d’ENCODE ? Un méga gros projet de caractérisation de la fonction du génome humain, qui a publié ses résultats en septembre. J’en avais causé ici, et il y avait aussi un bon billet sur le blog bioinfo-fr. Comme discuté à l’époque, l’affirmation selon laquelle 80% du génome était supposément fonctionnelle avait causé [...]
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