Pawan Sinha : comment le cerveau apprend à voir

Si vous êtes un enfant aveugle en Inde, il y a beaucoup de chances pour que vous ayez à affronter au moins deux mauvaises nouvelles. La première mauvaise nouvelle est que les chances d'obtenir un traitement sont extrêmement minces voire nulles, et ceci parce que la plupart des programmes d'atténuation de la cécité dans le pays sont concentrés sur les adultes, et il y a très peu d'hôpitaux qui sont équipés pour traiter les enfants. En fait, si vous voulez être traité, il se pourrait bien qu'une personne sans qualification médicale finisse par vous voir, comme l'illustre ce cas, au Rajasthan. C'est une orpheline de trois ans qui avait la cataracte. Alors, les personnes qui la gardaient l'ont emmenée au médecin du village, et au lieu de conseiller à ses tuteurs de l'emmener à l'hôpital cette personne a décidé de brûler son abdomen avec des barres de fer rouge pour en chasser les démons. La seconde mauvaise nouvelle va vous être apportée par les neuroscientifiques, qui vous diront que si vous avez plus de quatre ou cinq ans, même si on corrige votre œil, les chances que votre cerveau apprenne à voir sont très minces. Là encore, minces ou nulles.

Alors quand j'ai entendu ces deux choses cela m'a profondément dérangé, à la fois pour des raisons personnelles, et scientifiques. La raison personnelle va vous sembler banale mais elle est sincère. C'est mon fils, Darius. En tant que jeune papa, j'ai un sens qualitativement différent de la fragilité des bébés, de ce que sont nos obligations envers eux, et de combien d'amour on peut ressentir envers un enfant. Je remuerais ciel et terre pour trouver un traitement à Darius. Et quand j'entends qu'il pourrait y avoir d'autres Darius qui n'obtiennent pas de traitement, il y a quelque chose qui ne va vraiment pas. Voilà donc la raison personnelle.

La raison scientifique, c'est que quand j'entends parler de périodes critiques en neuroscience selon laquelle si le cerveau est plus âgé que quatre ou cinq ans, il perd sa capacité à apprendre, quelque chose me gêne, parce que je ne pense pas que cette idée a été testée de façon adéquate. L'idée est née des travaux de David Hubel et Torsten Wiesel, deux chercheurs qui étaient à Harvard et ont reçu le prix Nobel en 1981 pour leurs études sur la physiologie de la vision, qui sont des études remarquablement belles, mais je crois qu'une partie de leur travail a été extrapolée dans le domaine humain de façon prématurée. Ils ont travaillé avec des chatons, avec différentes sortes de régimes de privation, et ces études qui datent des années soixante, sont maintenant appliquées aux enfants.

Alors j'ai senti que je devais faire deux choses. D'abord, apporter des soins aux enfants qui sont actuellement privés de traitement. C'est la mission humanitaire. Et la mission scientifique serait de tester les limites de la plasticité visuelle. Et ces deux missions, comme vous le voyez, s'enchaînent parfaitement, se complètent l'une l'autre. En fait, l'une serait impossible sans l'autre. Alors, pour mettre en oeuvre ces deux missions jumelles, il y a quelques années, j'ai lancé le projet Prakash. Prakash, comme beaucoup d'entre vous le savent, est veut dire "lumière" en sanscrit, et l'idée est que en apportant de la lumière dans la vie des enfants, nous avons aussi une chance de répandre la lumière sur quelques-uns des mystères les plus profonds des neurosciences. Et le logo, bien qu'il ait l'air très Irlandais, provient en fait du symbole indien de Diya, une lampe de terre. Le Prakash, l'effort d'ensemble a trois composantes la proximité, pour identifier les enfants nécessitant des soins, le traitement médical et ensuite, la recherche. Et je veux vous montrer un court clip vidéo qui illustre les deux premières composantes de ce travail.

Voici un poste de proximité dirigé dans une école pour aveugles.

(Texte : La plupart des enfants sont aveugles de façon profonde et définitive...)

Pawan Sinha : Dans cette école pour aveugles, beaucoup d'enfants ont des maladies définitives. Ici on voit un cas de microphtalmie qui est une malformation des yeux, et c'est une maladie définitive. Il n'y a pas de traitement. ça c'est un cas extrême de microphtalmie qu'on appelle enophtalmie. Mais, de temps en temps, on tombe sur des enfants qui montrent une vision résiduelle, et c'est un très bon signe: on pourrait peut-être traiter cette maladie. Alors, après le dépistage, nous amenons les enfants à l'hôpital. C'est l'hôpital avec lequel nous travaillons à Delhi, le Schroff Charity Eye Hospital. Il a un centre pédiatrique ophtalmique très bien équipé, qui a été rendu possible en partie grâce à un don de la fondation Ronald McDonald. Donc en fait,manger des hamburgers peut aider.

(Texte : de tels examens nous permettent d'améliorer la santé oculaire chez beaucoup d'enfants, et... ... nous aide à trouver des enfants qui peuvent participer au projet Prakash.)

Pawan Sinha: en agrandissant sur les yeux de cet enfant vous allez voir la cause de sa cécité. Le blanc que vous voyez au milieu de ses pupilles c'est une cataracte congénitale, donc une opacité du cristallin. Dans nos yeux, le cristallin est transparent, mais chez cet enfant, le cristallin est devenu opaque, et donc il ne peut pas voir le monde. Alors on donne un traitement à cet enfant. Vous allez voir des photos de l'œil. Voici l'œil avec le cristallin opaque, le cristallin opaque qui est extrait, et une lentille en acrylique qui est insérée. Et voici le même enfant trois semaines après l'opération, avec l'œil droit ouvert.

(Applaudissements)

Merci.

Alors, même avec ce petit clip, vous pouvez commencer à voir qu'une guérison est possible. Et nous avons aujourd'hui fourni un traitement à plus de 200 enfants, et l'histoire se répète. Après traitement, l'enfant gagne significativement en fonctionnalité. En fait, l'histoire est toujours valable même pour ceux qui ont recouvré la vue après plusieurs années de cécité. Nous avons écrit un article il y a quelques années au sujet de cette femme que vous voyez à droite, S.R.D. elle a recouvré la vue tard dans sa vie, et sa vision est remarquable pour cet âge. Je dois ajouter une postface tragique à ceci. Elle est morte il y a deux ans dans un accident de bus. Son histoire est réellement exaltante, inconnue, mais exaltante. Donc quand nous avons commencé à trouvé ces résultats, comme vous pouvez l'imaginer, ça a un peu fait sensation dans la presse scientifique et populaire. Voici un article dans Nature qui décrivait ce travail, et un autre dans Time. Nous étions pratiquement convaincus, nous sommes convaincus, que la guérison est possible, malgré une privation visuelle prolongée.

La question suivante qu'il est évident de se poser : quel est le processus de guérison ? Nous voyons les choses de cette manière: supposons que nous trouvons un enfant qui a une sensibilité à la lumière. Nous donnons le traitement à cet enfant, et je veux souligner que le traitement est totalement sans condition. Il n'y a pas de donnant donnant. Nous traitons bien plus d'enfants que ceux avec lesquels nous travaillons. Chaque enfant qui a besoin d'un traitement, est traité. Après traitement, environ chaque semaine, nous faisons passer à l'enfant une batterie de simples tests visuels pour voir comment ses capacités visuelles se remettent à niveau. Et nous essayons de faire ça aussi longtemps que possible. Cet arc de développement, nous donne des informations sans précédent, extrêmement précieuses sur la façon qu'à la vision de se construire. Quelles pourraient êtres les liens de causalité entre les capacités au développement précoce et celles qui se développent plus tard ?

Et nous avons utilisé cette approche générale pour étudier beaucoup de techniques visuelles différentes, et je tiens à en souligner une en particulier, il s'agit de la reconnaissance d'image en objets. N'importe quelle image comme celle que vous voyez à gauche, que ce soit une image réelle ou de synthèse, est faite de plusieurs petites régions que vous voyez dans la colonne du milieu, régions de différentes couleurs, différentes luminosités. Le cerveau a cette tâche complexe de mettre ensemble, d'intégrer les parties de ces régions en quelque chose qui a plus de sens, en ce que nous considérerions comme des objets, comme ce que vous voyez à droite. Et personne ne sait comment cette intégration se passe. Et c'est la question que nous avons posée avec le projet Prakash.

Donc, voici ce qui se passe très tôt après l'acquisition de la vue. Voici une personne qui avait recouvré la vue, juste deux semaines plus tôt, et vous voyez Ethan Myers, un étudiant diplômé du MIT, qui fait l'expérience avec lui. Sa coordination visuomotrice est assez pauvre, mais vous avez une idée générale de quelles régions il essaye de tracer. Si vous lui montrez des images de la réalité, si vous montrez à d'autres comme lui des images de la réalité, ils sont incapables de reconnaître la plupart des objects parce que le monde, pour eux, est trop fragmenté, il est fait d'un collage, d'un patchwork, de régions aux couleurs et luminosités variées. Et c'est ce qui est indiqué dans les contours verts. Quand vous leur demandez même sans nommer les objets, de montrer leur position, voici les régions qu'ils pointent. Alors le monde est complexe à ce point, un patchwork de régions. Même l'ombre du ballon fait partie de ce ballon. De façon plutôt intéressante, voilà ce qui se passe après quelques mois.

Docteur : Combien y a-t-il d'objets ?

Patient : Il y a deux objets.

Docteur : Quelles formes ont-ils ?

Patient : Leurs formes... Celui-ci est un cercle et celui-là est un carré.

P S : il s'est passé une transformation spectaculaire. Et la question est : qu'est-ce qui sous-tend cette transformation ? C'est une question profonde, et ce qui est encore plus étonnant, c'est à quel point la réponse est simple. La réponse repose dans le mouvement et c'est ce que je veux vous montrer dans la vidéo suivante.

Docteur : Quelle forme voyez-vous là ?

Patient : Je ne peux pas la distinguer.

Docteur : Maintenant ?

Patient : Triangle.

Docteur : Combien d'objets y a-t-il ? Maintenant, combien d'objets y a-t-il ?

Patient : Deux.

Docteur : Que sont ces objets ?

Patient : un carré et un cercle.

P S : Et nous voyons ce schéma encore et encore. La seule chose dont le système visuel a besoin pour commencer à analyser le monde c'est l'information dynamique. Alors la déduction que nous tirons de ceci, et de plusieurs expérimentations de ce type, c'est que le traitement de l'information dynamique, ou traitement du mouvement, constitue le fondement pour l'élaboration du reste de la complexité du processus visuel. Il conduit à l'intégration visuelle et finalement à la reconnaissance.

Cette idée simple a des implications qui vont loin. Et laissez moi juste en mentionner deux, rapidement. L'une, tirée du domaine de l'ingénierie, et l'autre du domaine clinique. Dans la perspective de l'ingénierie, nous pouvons nous demander, puisque nous savons que le mouvement est si important pour le système visuel humain si nous pouvons utiliser cela comme recette pour construire des systèmes de vision sur des machines qui peuvent apprendre par elles-mêmes, qui n'ont pas besoin d'être programmées par un programmateur humain. Et c'est ce que nous essayons de faire.

Je suis au MIT, au MIT vous devez appliquer tout connaissance fondamentale que vous acquérez. Alors nous sommes en train de créer Dylan, qui est un système informatique avec le but ambitieux de recueillir les données visuelles du même genre que ceux qu'un enfant humain recevrait, et de découvrir de façon autonome quels sont les objets dans ces données visuelles. Ne vous souciez pas du fonctionnement interne de Dylan. Ici, je vais juste parler de la façon dont nous testons Dylan. Nous le testons en lui donnant des données, comme je l'ai dit, du même genre que celles que recevrait un bébé, ou un enfant du projet Prakash. Mais pendant longtemps nous n'avons pas bien pu déterminer comment obtenir ces sortes de données vidéos. Alors j'ai pensé que nous pourrions utiliser Darius comme notre porteur de babycam et ainsi recueillir les données pour alimenter Dylan ? Donc c'est ce que nous avons fait. (Rires) J'ai eu de longues conversations avec ma femme. (Rires) En fait, Pam, si tu nous regardes, pardonne-moi s'il te plait.

Donc nous avons modifié l'optique de la caméra pour imiter l'acuité visuelle du bébé. Comme certains d'entre vous le savent peut-être, les bébés naissent quasiment aveugles au sens de la loi. Leur acuité visuelle - notre actuité est 20/20 - celle des bébés est de 20/800, donc ils regardent le monde d'une manière très très floue. Voici ce à quoi ressemble une vidéo en babycam.

(Rires) (Applaudissements)

Heureusement, il n'y a pas de son qui va avec. Ce qui est passionnant, c'est qu'en travaillant sur ces données extrêmement dégradées, le bébé, très vite, est capable de découvrir le sens de tels données. Mais ensuite, deux ou trois jours après, les bébés commencent à être attentifs au visage de leurs mères ou de leurs pères. Comment cela se produit ? Nous voulons que Dylan soit capable de faire ça. Et en utilisant ce mantra en mouvement, Dylan parvient à le faire, à travers de genre de données vidéos, avec juste six ou sept minutes de vidéo, Dylan peut commencer à extraire des motifs qui incluent des visages. Alors c'est une démonstration importante de la puissance du mouvement.

L'implication clinique vient du domaine de l'autisme. L'intégration visuelle a été associée à l'autisme par plusieurs chercheurs. Quand nous avons vu ça, nous avons demandé : Est-ce que l'altération de l'intégration visuelle pourrait être la manifestation de quelque chose en deçà de la déficience à traiter l'information dynamique dans l'autisme. Car, si cette hypothèse s'avérait vraie, elle aurait des répercussions massives dans notre compréhension des manifestations de l'autisme.

Vous allez voir maintenant des vidéos de deux enfants, un neurotypique et un autiste, en train de jouer à Pong. Donc, pendant que l'enfant joue à Pong, nous suivons à la trace ce qu'ils regardent. En rouge, ce sont les traces du mouvement de l'oeil, c'est l'enfant neurotypique, et ce que vous voyez c'est que l'enfant est capable de fabriquer des indications à partir de l'information dynamique pour prévoir où la balle va aller. Avant même que la balle aille quelque part, l'enfant regarde déjà l'endroit. Regardez la différence avec un enfant autiste, qui joue au même jeu. Au lieu d'anticiper, l'enfant suit toujours l'endroit où la balle est passée. L'efficacité dans l'utilisation de l'information dynamique semble sérieusement compromise dans l'autisme. Donc nous poursuivons ce travail et avec un peu de chance nous aurons bientôt plus de résultats à rapporter.

En pensant à l'avenir, si vous pensez à ce disque comme représentation de tous les enfants que nous avons traités jusqu'ici voilà l'ampleur du problème. Les points rouges sont les enfants que nous n'avons pas traités. Alors il y a beaucoup, beaucoup d'autres enfants qui ont besoin d'être traités, et pour étendre la portée du projet, nous prévoyons de lancer le centre Prakash pour Enfants, qui aura un hôpital pédiatrique dédié, une école pour les enfants que nous traitons, et aussi un complexe de recherche de pointe. Le Centre Prakash intègrera les soins médicaux, l'éducation et la recherche d'une manière qui amènera l'ensemble à être plus grand que la somme de ses parties.

Donc, pour résumer, Prakash, pendant ses cinq ans d'existence, a eu un impact dans de multiples domaines, qui vont des neurosciences fondamentales et de l'apprentissage dans le cerveau, à des hypothèses cliniquement pertinentes comme avec l'autisme, où le développement de systèmes visuels autonomes sur des machines, l'éducation des étudiants de deuxième et troisième cycle, et de façon plus importante dans la réduction de la cécité infantile. Et pour mes étudiants et moi-même, ce fut simplement une expérience phénoménale car nous avons été amenés à effectuer des recherches intéressantes, et en même temps à aider les nombreux enfants avec lesquels nous avons travaillé.

Merci beaucoup.

(Applaudissements)