Les personnes souffrant d’anxiété perçoivent le monde d’une manière fondamentalement différente des autres gens – voilà ce qu’affirme une étude publiée le 3 mars dans la revue Current Biology (aux éditions Cell Press). Cette recherche pourrait permettre de mieux comprendre pourquoi certains individus ont tendance à être plus anxieux que d’autres. Cette nouvelle recherche

Cette nouvelle recherche montre que les personnes atteintes d’anxiété ont du mal à faire la distinction entre un stimulus neutre et inoffensif (dans ce cas, un signal sonore) et un autre qui a été associé à de l’argent gagné ou à de l’argent perdu. En d’autres mots, quand il s’agit d’expériences chargées d’émotions, ces personnes présentent un comportement que les chercheurs appellent « généralisation excessive. »

Le professeur Rony Paz, de l’Institut Weizmann, explique : « Nous montrons que chez un patient anxieux, l’expérience émotionnelle induit, dans les circuits du cerveau, une plasticité cérébrale qui persiste après que l’expérience est terminée. Ces changements de plasticité se font dans les circuits primaires qui modifient ensuite la façon de réagir à de nouveau stimuli. Il en résulte une incapacité d’établir une distinction entre l’expérience du stimulus original et celle d’un stimulus nouveau, identique. Par conséquent, les patients anxieux répondent également émotionnellement aux nouveaux stimuli et montrent des symptômes d’anxiété même dans des situations inadéquates. Ils sont incapables de contrôler cette réaction : il y a là une incapacité perceptuelle d’établir une distinction. » Cette étude a été une collaboration du docteur David Israeli, psychiatre, avec le professeur Paz, et elle a été dirigée par le docteur Offir Laufer, à l’époque doctorant dans le groupe du professeur Paz.

Le professeur Paz et ses collègues ont recruté des patients atteints d’anxiété, volontaires pour prendre part à cette recherche. Ils leur ont appris à associer trois tonalités distinctes à trois résultats différents : argent perdu, argent gagné, ou résultat nul. Dans un deuxième temps, on a présenté aux participants une nouvelle tonalité, et on leur a demandé si c’était une de celles qu’ils avaient déjà entendues durant les exercices. Si la réponse était juste, on les récompensait en leur donnant de l’argent.

La meilleure stratégie serait de faire attention à ne pas prendre une tonalité pour une autre entendue au cours de l’étape de formation, et à ne pas trop généraliser. Or les personnes anxieuses ont eu une tendance, plus forte que celle des sujets du groupe de contrôle, à prendre une tonalité nouvelle pour une de celles qu’ils avaient déjà entendues au cours de la période d’entraînement. Ils risquaient donc plus d’associer par erreur une nouvelle tonalité à une expérience précédente d’argent gagné ou perdu. Ces différences n’étaient pas liées à des difficultés d’audition ou d’apprentissage des participants. La recherche montre qu’ils ont tout simplement perçu d’une manière différente des sons qui avaient auparavant été liés à une expérience émotionnelle.

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) du cerveau de personnes anxieuses, et les images de contrôle de personnes normales ont montré des différences dans l’activité de plusieurs régions du cerveau. Celles-ci se trouvaient essentiellement dans l’amygdale du cerveau, région liée à la peur et à l’anxiété, ainsi que dans les régions sensorielles primaires du cerveau. Ces résultats renforcent l’idée que des expériences émotionnelles induisent des changements à long terme dans les représentations sensorielles dans le cerveau de patients anxieux.

Selon le professeur Paz, ces données pourraient expliquer pourquoi certaines personnes ont, plus que d’autres, tendance à l’anxiété. La plasticité cérébrale, qui provoque l’anxiété, n’est pas mauvaise en soi. Il ajoute : « Les caractéristiques de l’angoisse peuvent être tout à fait normales ; il existe des preuves qu’elles ont été utiles dans notre passé évolutionnaire. Cependant un événement émotionnel, même minime, peut induire dans le cerveau des changements pouvant mener à une véritable anxiété. » Lorsqu’on aura compris comment le processus de perception agit chez les patients anxieux, on pourra certainement améliorer les traitements de ces troubles.

Ces travaux ont été financés par I-COR ; ISF; EP7 human brain project ; et par Minerva-Foundation grants. La recherche du professeur Rony Paz est financée par : Adelis Foundation ; Sylvia Schaefer Alzheimer’s Research Fund ; Irving and Dorothy Rom Family Discovery Endowment Fund ; Pascal et Ilana Mantoux (Israël / France) ; Minna-James-Heineman Stiftung; Gary and Kary Leff, Calabasas (Californie).

Identifier une image – ce n’est pas aussi simple que ça en a l’air

Bien que reconnaître des objets ne soit pas chose simple, le cerveau est perfectionné au point que l’on peut automatiquement lui faire reconnaître, par exemple, qu’il y a là une tasse, simplement en lui montrant la photo d’une poignée incurvée, ou identifier un visage en voyant uniquement une oreille ou un nez. Les neurobiologistes, les informaticiens et les ingénieurs en robotique cherchent tous à comprendre comment fonctionne ce processus d’identification, aussi bien chez l’homme que dans les systèmes de vision par ordinateur. Une nouvelle recherche menée à l’Institut Weizmann des Sciences et au Massachusetts Institute of Technology (MIT) suggère qu’il existe une unité ‘atomique’ de reconnaissance : une quantité minimale d’information qu’une image doit contenir pour qu’on puisse identifier son contenu. Les résultats de cette recherche, récemment publiés dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), suggèrent que les modèles actuels doivent être réadaptés, ce qui a des implications sur la conception de la vision par ordinateur et par robot.

Dans le champ de la vision par ordinateur, par exemple, la capacité de reconnaître un objet dans une image est depuis longtemps un défi lancé aux chercheurs dans le domaine des ordinateurs et de l’intelligence artificielle. Le professeur Shimon Ullman et le docteur Daniel Harari, avec Liav Assif et Ethan Fetaya, ont cherché à comprendre jusqu’à quel point les modèles actuels de vision par ordinateur sont capables de reproduire les capacités du cerveau humain. Dans ce but, ils ont recruté des milliers de Turcs mécaniques d’Amazon auxquels ils ont demandé d’identifier des séries d’images. Les images sont apparues dans plusieurs formats différents : certaines ont été successivement coupées à partir d’images plus grandes, révélant de moins en moins de portions de l’original, tandis que la résolution d’autres était successivement réduite, et qu’elle était accompagnée de réductions dans les détails.

Lorsque les chercheurs ont comparé les résultats des sujets humains avec ceux des modèles informatiques, ils ont découvert que l’homme identifie beaucoup mieux les images partielles ou de basse résolution. La comparaison a suggéré que les différences sont aussi qualitatives : presque tous les participants humains ont identifié avec succès les objets présents dans les différentes images, jusqu’au point où ils se sont heurtés à une assez importante perte de détails. Au-delà de ce point, presque tous ont fait une erreur exactement au même endroit. Le phénomène était tellement brusque que les chercheurs lui ont donné le nom de ‘transition de phase’. Le professeur Ullman explique : « Si une image déjà minime perd la plus petite quantité de détail, du coup personne n’est plus capable d’identifier l’objet. Cela donne à penser que, quelle que soit notre expérience de vie ou notre éducation, la reconnaissance de l’objet est bien intégrée en nous, et que les résultats sont identiques chez tout le monde. »

Les chercheurs suggèrent que les différences entre les capacités informatiques et les capacités humaines tiennent au fait que les algorithmes informatiques adoptent une démarche ascendante qui va de caractéristiques simples à d’autres plus complexes. Les cerveaux humains, d’autre part, travaillent simultanément en démarche ascendante et en démarche descendante, en comparant les éléments qui se trouvent dans une image à des modèles stockés dans leur mémoire.

Les données recueillies suggèrent aussi qu’il pourrait y avoir dans nos cerveaux quelque chose d’élémentaire, réglé pour travailler avec une quantité minimale (un ‘atome’ de base) d’informations. Cette quantité élémentaire pourrait être essentielle pour notre capacité de reconnaître, et le fait de l’incorporer dans des modèles informatiques actuels pourrait améliorer leur sensibilité. Ces ‘atomes de reconnaissance’ pourraient se montrer des outils précieux pour des recherches futures sur le fonctionnement du cerveau humain et pour le développement de nouveaux ordinateurs et de systèmes de vision robotiques.

Le professeur Shimon Ullman est titulaire de la Ruth and Samy Cohn Professorial Chair of Computer Sciences.

Des jeunes filles de Jérusalem ont gagné le télescope

Plus de 400 classes ont participé à une compétition à la mémoire de l’astronaute israélien Ilan Ramon

Une classe de filles de troisième d’une école de Jérusalem, a gagné cette année le prix de l’Olympiade de l’Espace qui porte le nom de l’astronaute Ilan Ramon. Cette compétition est destinée aux élèves des classes de collège. En plus du télescope qui a été offert à leur école, ces jeunes filles et les élèves des 11 autres classes arrivées au dernier tour de la compétition ont eu droit à une journée passée à l’Institut Weizmann des Sciences, laquelle comprenait aussi une conférence donnée par une astronaute féminine sud-coréenne, Yi So-yeon.

Environ 4.400 élèves appartenant à 404 classes ont participé à ce concours qui a lieu chaque année depuis 12 ans. Pour commencer, les élèves qui s’intéressent aux sciences, et en particulier à la physique, doivent répondre à un questionnaire en ligne. A ceux qui accèdent à la dernière étape, on demande de réaliser un travail : celui de cette année consistait à concevoir des nanosatellites capables de faire des recherches sur le soleil ou sur les lunes de Saturne. Chaque groupe a construit un modèle démontrant son idée, pour le présenter (dans des stands placés dans les jardins de l’Institut Weizmann) aux autres groupes, le dernier jour de la compétition.

Adi Orbach, membre du groupe gagnant, du lycée Pelech (lycée expérimental religieux de filles, se trouvant à Jérusalem) a expliqué : « Notre idée a été d’envoyer un engin spatial sur l’astéroïde 2007 EB26 qui passe près de la Terre en route vers le soleil. Après avoir atteint l’astéroïde, il dispersera des nanolaboratoires à la surface de l’astéroïde : un de ces nanolaboratoires devra mener une recherche sur l’astéroïde même, un autre aura pour sujet le soleil pour en étudier la pression, l’irradiation, les champs magnétiques, etc. »

Le premier prix a été un télescope (de même que le deuxième, le troisième et le quatrième prix). C’est magnifique d’être gagnant, bien sûr, mais les organisateurs de cette olympiade ont encore un autre objectif : ils espèrent que les télescopes qui se trouveront dans les écoles exciteront la curiosité des élèves qui voudront mieux connaître la nature et l’univers. Yi So-yeon a renforcé ce message en disant aux élèves qu’il faut profiter de l’occasion que leur a donnée ce concours, comme elle-même en a eu l’opportunité dans sa jeunesse.

L’Olympiade de l’Espace porte le nom de l’astronaute Ilan Ramon, premier astronaute israélien, qui périt en 2003, avec les autres astronautes se trouvant avec lui dans la navette spatiale Columbia. L’Olympiade de l’Espace a lieu chaque année avec l’appui de sa veuve, Rona Ramon. L’Olympiade est organisée par : la docteure Ilana Hopfeld, la docteure Zahava Scherz, la docteure Diana Laufer, le docteur Ronny Mualem et la professeure Bat-Sheva Eylon, tous du département de l’Enseignement des Science, à l’Institut Weizmann. Ont aussi participé à l’organisation de l’Olympiade de l’Espace : le ministère de l’Education d’Israël, le ministère des Sciences, de la technologie et de l’espace, l‘Association israélienne d’Astronomie, et la Fondation Ramon.