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27/01/2014

La conscience quantique

Source : http://www.futura-sciences.com/magazines/matiere/infos/actu/d/physique-calculateurs-quantiques-cerveau-51709/

Voilà presque 20 ans, le grand mathématicien et physicien Roger Penrose publiait un livre issu de ses réflexions sur la nature de l’esprit et de la conscience. L’ouvrage, intitulé Les ombres de l'esprit, reprenait par ailleurs certaines des idées avancées dans les années 1980 par l’anesthésiologiste Stuart Hameroff. Plusieurs thèses étaient défendues. La première était que le théorème d’incomplétude de Gödel n’était pas compatible avec la thèse issue des travaux d’Alan Turing concernant l’intelligence artificielle, à savoir qu’un calcul sur une machine suffisamment complexe pouvait engendrer une intelligence humaine consciente.

Pour Penrose, le résultat de Gödel impliquait que l’esprit et la conscience humains étaient irréductibles à des calculs. Il rejoignait donc le camp de ceux qui pensent que le « difficile problème de la conscience » (hard problem of consciousness en anglais), selon le terme inventé par le philosophe australien David Chalmers, n’est pas solutionnable dans le cadre d’une réduction de la conscience à l'exécution d'algorithmes. Dit autrement, quand bien même on peut associer une structure mathématique à l’expérience vécue d’un son ou d’une couleur, elle ne peut se réduire à cette structure et à un calcul, pas plus que simuler une étoile, un cyclone ou une onde électromagnétique sur un ordinateur ne génère réellement ces objets. Penrose exprimait aussi, comme d’autres avant lui (tel Einstein, Schrödinger ou encore John Bell), son insatisfaction sur l’état actuel de la physique quantique.

Une nouvelle physique quantique

On sait qu’en mécanique quantique, l’amplitude de probabilité d’un système physique, aussi appelée vecteur d’état ou fonction d’onde, évolue de façon complètement déterministe en étant gouvernée par une seule loi : l’équation de Schrödinger. Mais lorsqu’on cherche à mesurer une grandeur physique associée à un système, par exemple la position d’un électron ou son spin, il existe une deuxième loi indiquant que lors de cette mesure, la fonction d’onde change brutalement et de façon aléatoire. C’est un peu comme si l’acte consistant à mesurer la présence d’une note dans un morceau de musique émis sous forme d’ondes acoustiques sphériques autour d’un piano faisait brutalement disparaître dans tout l’espace les autres notes et n’en laissant plus qu’une, tirée au sort selon une loi de probabilité donnée par la forme de l’onde acoustique initiale.


Stuart Hameroff expose dans cette conférence ses travaux avec Penrose pour tenter de percer les mystères de l'origine de la conscience. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © GoogleTechTalks, YouTube

Il faudrait plusieurs livres rien que pour rendre compte des problèmes soulevés par cette « réduction du paquet d’ondes », comme disent les physiciens, étroitement liée à l’introduction d’amplitudes de probabilité et simplement de lois de probabilité en physique quantique. Elle a notamment conduit au paradoxe EPR, et surtout à celui du chat de Schrödinger. Pour différentes raisons qu’explique en détail Penrose dans son livre, même s’il reconnaît la pertinence de la théorie de la décohérence au sujet du paradoxe du chat de Schrödinger, il pense (et il n’est pas le seul) que le problème n’est pas complètement résolu pour autant.

Selon lui, une physique encore inconnue, mais qui doit découler d’une théorie quantique de la gravitation dans laquelle la mécanique quantique standard doit elle-même être une simple approximation, est une nécessité si l’on veut vraiment résoudre toutes les énigmes et les difficultés que posent certains aspects de la théorie quantique. Surtout, cette nouvelle physique doit contenir des éléments mathématiques qui ne sont pas réductibles à des algorithmes, en accord avec l’interprétation que fait Penrose du théorème d’incomplétude de Gödel. Elle serait aussi susceptible d’éclairer d’un jour nouveau le problème difficile de la conscience.

Des automates cellulaires quantiques dans les neurones

C’est à la suite de réflexions similaires, dont il avait donné une version moins détaillée dans un précédent livre publié en français sous le titre L’esprit, l’ordinateur et les lois de la physique, que Penrose a été contacté par Stuart Hameroff. Celui-ci lui a parlé de ses tentatives en tant que biologiste réfléchissant sur l’origine des effets de l’anesthésie, pour comprendre le fonctionnement du cerveau et les bases physiques de la conscience. En joignant leurs travaux, les deux hommes ont donc proposé la théorie suivante.

Ils prennent pour acquis qu’une bonne partie du fonctionnement du cerveau s’explique très bien avec les lois de la physique classique, en particulier au niveau du connectome, c'est-à-dire du câblage des neurones. Mais au niveau des liaisons synaptiques, quelque chose de nouveau émergerait. Ces liaisons seraient fortement influencées par des structures que l’on trouve dans le cytosquelette des neurones : les microtubules. Ce sont des sortes de fibres constituées d’éléments appelés des dimères de tubuline, des protéines possédant un moment dipolaire. Selon Penrose et Hameroff, ces protéines que l’on peut polariser dans deux états feraient des microtubules des sortes d’automates cellulaires capables de stocker des qubits et d’effectuer des calculs en plus de ceux que l’on attribue au réseau de neurones. Si tel est le cas, la capacité de traitement de l’information du cerveau humain serait bien supérieure à celle qu’on lui attribue aujourd’hui. Ce qui repousserait la date à laquelle un ordinateur serait suffisamment puissant pour simuler correctement son fonctionnement.

La région centrale d'un neurone avec son noyau (nucleus) et d'où partent l'axone et des dendrites. On voit le réseau de microtubules parallèles connectés par des protéines.
La région centrale d'un neurone avec son noyau (nucleus) et d'où partent l'axone et des dendrites. On voit le réseau de microtubules parallèles connectés par des protéines. © Stuart Hameroff

Les microtubules, des calculateurs quantiques ?

Mais surtout, et c’est le point le plus critiqué par la communauté scientifique, Penrose et Hameroff ont prédit que les microtubules seraient des calculateurs quantiques efficaces, alors que la théorie de la décohérence semble impliquer que ce n’est pas possible. Les cellules du cerveau et les microtubules seraient trop chauds et trop perturbés par le bruit de fond ambiant pour que des calculs quantiques longs aient le temps d’être effectués. En plus court, même en descendant à l’échelle des tubulines, on est toujours confronté à des objets trop gros et trop chauds pour manifester des effets quantiques.

Toutefois, Penrose et Hameroff ont répliqué que l’on ne pouvait être certain de rien sur ce point. On sait bien que des comportements quantiques macroscopiques d’objets existent bien, comme la supraconductivité et la superfluidité (à basse température il est vrai, mais on envisage pourtant de créer des supraconducteurs à température ambiante). On sait aussi que l’effet EPR fonctionne, malgré des séparations de plusieurs mètres entre des systèmes quantiques. Surtout, des signes de manifestation de cohérence quantique dans des systèmes biologiques à température ambiante sont observés depuis quelques années, particulièrement avec la photosynthèse. Il se pourrait que l’évolution ait découvert le moyen de contourner l’obstacle de la décohérence quantique.

Les ombres de la physique de l'esprit

Il existe dans la théorie de Penrose et Hameroff une seconde hypothèse encore plus spéculative. Si des calculs quantiques sont bien effectués par les microtubules, ils seraient sous la domination des effets de gravitation quantique faisant intervenir des processus échappant au calcul que postule Penrose au-delà de la mécanique quantique orthodoxe. C'est notamment au niveau de la réduction du paquet d'ondes lors d'une mesure que ces effets interviendraient, avec ce qu'il appelle la réduction objective orchestrée, ou orchestrated objective reduction (Orch-OR) en anglais.

La théorie quantique dont nous disposons actuellement ne serait, pour Penrose comme pour Einstein et même des physiciens comme John Bell et le prix Nobel Gerard 't Hooft, qu’une solution partielle bien que très efficace en pratique aux problèmes de la quantification de l’énergie et de la dualité onde-corpuscule. À un niveau plus profond de la réalité existerait donc une physique de la conscience encore inconnue, englobant la théorie quantique orthodoxe, et dont nous ne pouvons pour le moment voir que l’ombre dans le connectome et les microtubules. Ainsi que l’existence de l’espace-temps ne devient palpable que lorsqu’on est confronté à des vitesses proches de celle de la lumière et à des champs de gravitation intenses, la physique de l’esprit ne deviendrait visible que face à des objets très complexes.

Le prix Nobel de physique Gerard 't Hooft a révolutionné la théorie quantique des champs au début des années 1970 en utilisant les travaux de Richard Feynamn et Martinus Veltman. Profondément concerné par le paradoxe de l'information avec les trous noirs, il tente de construire une nouvelle théorie quantique à partie du concept d'automate cellulaire. Peu sont ceux qui le suivent dans cette voie.
Le prix Nobel de physique Gerard 't Hooft a révolutionné la théorie quantique des champs au début des années 1970 en utilisant les travaux de Richard Feynamn et Martinus Veltman. Profondément concerné par le paradoxe de l'information avec les trous noirs, il tente de construire une nouvelle théorie quantique à partie du concept d'automate cellulaire. Peu sont ceux qui le suivent dans cette voie. © Wammes Waggel, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

Entre spéculation scientifique et pseudoscience

Inutile de dire qu’on atteint là le sommet de la spéculation scientifique, où le risque de se perdre dans des considérations métaphysiques non scientifiques est élevé. On sait d’ailleurs que plusieurs scientifiques de haut niveau, tels que John Hagelin et le prix Nobel Brian Josephson, ne professent plus que de la pseudoscience en tentant d’aborder le problème des bases physiques de la conscience.

Bien que très critique vis-à-vis des hypothèses de Hameroff et Penrose, la communauté scientifique ne considère pas pour le moment que ces deux chercheurs ont franchi la ligne rouge. On a plutôt l’impression que ce qu’ils proposent est du même niveau que les réflexions de Schrödinger dans son célèbre ouvrage Qu'est-ce que la Vie ? publié en 1944, des réflexions qui ont orienté les pionniers de la biologie moléculaire vers la découverte de l’ADN, mais l’ont aussi anticipée.

Indications de cohérence quantique dans les microtubules

Penrose et Hameroff viennent de publier l’année dernière un article dans Physics of Life Reviews faisant le point sur leur théorie de l’origine de la conscience. La revue contient plusieurs articles commentant et critiquant leur théorie ainsi que leurs réponses. On est quand même assez déçu de voir que parmi ces articles, il s’en trouve un de Deepak Chopra, un célèbre médecin états-unien d’origine indienne dont les théories sont plus que fumeuses. Mais ce qui frappe le plus, c’est que Penrose et Hameroff affirment maintenant qu’il y a des signes de l’existence d’un état de cohérence quantique dans les microtubules. Ils se basent pour cela sur les travaux d’un chercheur indien, Anirban Bandyopadhyay, du National Institute for Materials Science à Tsukuba, au Japon, qui étudie les microtubules avec ses collègues depuis quelques années.

On reste perplexe devant les articles de Penrose et Hamroff, car il faudrait disposer de solides connaissances en physique quantique, en neurobiologie et en physique du solide pour évaluer véritablement ce qui est crédible et ce qui ne l’est pas dans les constructions théoriques qu’ils avancent. On ne sait pas trop si l’on assiste aux premiers balbutiements sérieux d’un changement de paradigme scientifique comparable à ce qui s’est produit en biologie pendant les années 1940, ou s’il s’agit d’une des nombreuses tentatives avortées et peu crédibles de brillants chercheurs tentant de percer les mystères des rapports entre l’esprit et la matière. Ce qui est sûr, c’est que Penrose et Hamroff sont sur des routes déjà explorées par Schrödinger, Pauli, Wigner et Linde en physique, et par Alfred Whitehead et Karl Popper en philosophie. En tout état de cause, il reste du pain sur la planche, et l’on peut espérer que le Human Brain Project ainsi que les travaux sur les ordinateurs quantiques nous aideront à y voir un peu plus clair dans les décennies qui viennent.

Les spéculations de Penrose et Hameroff restent stimulantes, mais on en est toujours au stade des hypothèses de travail que l'on doit encore développer et tester expérimentalement, ce que ne semblent pas nier les deux hommes. Pour le moment, ces scientifiques ressemblent à des funambules qui cherchent à ne pas tomber dans la mystique quantique pseudoscientifique New Age ou dans un positivisme frileux refusant d'explorer de nouvelles voies périlleuses dans un territoire inconnu, celui de la physique de l'esprit.

Site officiel du Dr Hameroff : http://www.quantumconsciousness.org
Vidéo 6 min anglais : http://www.youtube.com/watch?v=jjpEc98o_Oo
Temps, rêve, conscience, décohérence :
1) http://www.youtube.com/watch?v=OEpUIcOodnM
2) http://www.youtube.com/watch?v=6kQYPSD6t6c



21/04/2013

DMT et Conscience : vidéo censurée sur TED

Récemment deux vidéos ont fait polémique sur TED(x) après avoir été censurée. Voici la première (anglais non sous-titré) :


27/04/2011

Lumière - documentaire de Straubinger

Bande-annonce :


Commentaires du réalisateur :
[…] Il me faut toutefois insister sur le fait qu'il ne m'importe pas de « retourner » le spectateur sceptique. Mon film est le résumé d'une recherche de plusieurs années, une recherche qui m'a transformé. Je n'attends cependant pas cela du spectateur. Le scepticisme est permis et même souhaité, mais il ne doit pas se transformer en étroitesse d'esprit. […]

Critique #1 : « LUMIERE »  encourage à renoncer à la nourriture et fait de la propagande pour l’anorexie.

[…] A plusieurs reprises, mon film met en garde directement et indirectement contre les expériences individuelles ou faites avec légèreté. Il n'aborde pas seulement le thème des cas mortels. Il insiste aussi explicitement sur le fait que le corps peut subir de graves dommages si on se lance dans le renoncement à la nourriture par ambition ou comme une fin en soi, et cela même si on y croit.

[…] Lorsque le lauréat du prix Nobel de physique Brian Josephson me dit dans l'interview :
« Tant qu'elle ignorera les effets spirituels, la science physique sera dans un cul de sac », il est raillé comme ésotérique par les matérialistes. Il est pourtant sur la même ligne que d'autres lauréats du Nobel de physique tels que Wolfgang Pauly ou Erwin Schrödinger.

Dans ce sens, mon film n'est pas un plaidoyer pour l’ « inédie », mais pour l'ouverture d’esprit et la remise en cause de la vision matérialiste du monde.

source : http://www.jupiter-films.com/fiche-actualite.php?id=14

Interview filmé (14 mn):


09/03/2011

D'autres Mondes, documentaire de Jan Kounen


Sur le sujet des états-modifiés de conscience lié à l'ayahuasca : la substance n'induit ni accoutumance, ni dommage physiologique.


18/11/2009

documentaire NDE / EMI


Je relaye un message du docteur Jean-Pierre Jourdan :

Une bonne nouvelle pour celles et ceux qui n'ont pu visionner le documentaire  d'Éric Robin et Cyril Besnard "Le Grand Retour" :
vous pourrez le voir dans son intégralité sur la page suivante :


http://vimeo.com/7493897

avec comme mot de passe pour y accéder : ndemi

A travers plusieurs témoignages, ce documentaire aussi sensible qu'intelligent réussit l'exploit d'exposer les EMI sous tous leurs aspects, en dédramatisant le sujet et en montrant aussi bien le côté humain -et humaniste- de ces expériences que l'énigme qu'elles représentent pour la science.

Bien qu'aucune explication satisfaisante ait pu leur être apportée à ce jour, l'existence de ces expériences est aujourd'hui reconnue par l'ensemble de la communauté médicale et scientifique.

Elles représentent un bouleversement existentiel pour celles et ceux qui les ont vécues, autant qu'une énigme pour les médecins qui y sont confrontés et les scientifiques qui essaient de les comprendre. A ces titres, elles peuvent et doivent être étudiées de la manière la plus rigoureuse qui soit, en restant à l'écart de toute interprétation prématurée ou réductrice.

Le Dr Frédéric Joye, médecin urgentiste et moi-même présentons donc dans ce documentaire les grandes lignes du protocole de recherche hospitalière que nous allons proposer en 2010 aux hôpitaux français, dans le cadre de l'association IANDS-France.

02/10/2008

Comment la conscience agit sur l'espace et le temps

source : http://www.futura-sciences.com

La magie de la mécanique quantique semble inépuisable si on la prend vraiment au sérieux. Une expérience récente, effectuée par Jean François Roch et ses collègues de l'ENS Cachan, a permis de réaliser, bien mieux qu'auparavant, l'expérience dite du choix retardé proposée il y a moins de 30 ans par le grand John Wheeler. Tout en vérifiant les prédictions de la mécanique quantique, elle montre que celle-ci est encore plus folle que ses créateurs avaient pu l'imaginer en 1927.

De gauche à droite Einstein, Yukawa et John Wheeler
De gauche à droite Einstein, Yukawa et John Wheeler

De quoi s'agit-il ?

Pour le comprendre, il faut revenir à l'expérience de la double fente avec des électrons et qui sert d'introduction aux concepts quantiques dans tous les bons ouvrages comme ceux de Landau, Penrose et évidemment Feynman. On considère, pour cela, une fente double séparant une source d'électrons en haut et un écran en bas. Si les électrons étaient des ondes, et passaient donc simultanément par les deux fentes, on aurait sur l'écran une alternance de bandes claires et sombres, les fameuses franges d'interférence que l'on obtient aussi avec de la lumière dans le cas de l'expérience des trous d'Young. Cette situation est représenté sur le schéma ci-dessous.

Crédit : Doris Jeanne Wagner
Crédit : Doris Jeanne Wagner

Si les électrons étaient comme des balles tirées par une mitrailleuse et passant par une seule fente ouverte, on aurait une série d'impacts discrets distribués selon une courbe continue. L'ouverture d'une autre fente ne changeant que peu cette courbe mais donnant un résultat très différent du cas ondulatoire comme on le voit sur le schéma suivant.

Crédit : Doris Jeanne Wagner
Crédit : Doris Jeanne Wagner

En réalité, comme l'expérience le démontre dans des conditions appropriées et en reprenant les mots de Feynman, les électrons et les photons sont complètement cinglés. Si les deux fentes sont ouvertes, et que l'on s'assure que les électrons passent un par un au travers, on enregistre sur l'écran une série d'impacts discrets mais dont la distribution avec suffisamment d'électrons se fait selon les franges d'interférence d'une onde !

Crédit : Doris Jeanne Wagner
Crédit : Doris Jeanne Wagner


Enregistrement des impacts d'électrons créant au final une figure d'interférence

C'est la fameuse fonction d'onde psi de Schrödinger qui permet de décrire quantiquement un système physique et dont le carré donne la probabilité d'observer un état donné de ce système. La conclusion semble inévitable. Bien qu'indivisible, l'électron est passé par les deux fentes à la fois ! Maintenant, si l'on essaye de savoir par quelle fente l'électron est passé, en fermant l'une d'entre elles, par exemple, ou en essayant de détecter avec une faible lumière un électron sortant des fentes, ceci afin de le perturber le moins possible, les franges d'interférence disparaissent et on retrouve un comportement purement corpusculaire pour l'électron.

Le carré de la fonction d'onde psi donne la probabilité d'observer une particule en un point. A gauche on a déterminé par quelle fente est passée la particule, à droite non.
Le carré de la fonction d'onde psi donne la probabilité d'observer une particule en un point. A gauche on a déterminé par quelle fente est passée la particule, à droite non.
Crédits : nanotech.sc.mahidol.ac.th

Ceci est bien sûr une conséquence des inégalités de Heisenberg et du principe de Complémentarité de Bohr. Les électrons et autres « particules » quantiques ne sont en réalité ni des ondes ni des particules mais quelque chose d'autre dont les attributs classiques, trajectoire, vitesse, localisation, n'apparaissent qu'en fonction du dispositif expérimental donné. Pour être provocateur, la réalité n'existerait donc fondamentalement pas dans l'espace et le temps et les objets au sens classique n'existeraient pas sans un observateur (peut-être pas nécessairement humain) pour les observer ! C'est en tous cas une interprétation possible de la mécanique quantique.

Ce trop court aperçu des phénomènes quantiques suffit déjà pour se rendre compte à quel point la mécanique quantique choque l'intuition et soulève d'importantes questions presque métaphysiques. John Wheeler et d'autres, comme Bryce De Witt, W.H Zurek et John Bell, ont beaucoup réfléchi sur les paradoxes de la mécanique quantique. Il en est sorti le livre suivant, "J. Wheeler and W. Zurek, (eds.) Quantum Theory and Measurement, 1983", où l'on peut trouver la proposition de Wheeler d'une expérience avec double fente mais choix retardé. Tournons-nous donc maintenant vers celle-ci.

A la base, il s'agit de reprendre l'expérience de la double fente, dans les conditions les plus idéales possibles, et de ne considérer que le passage d'un électron ou d'un photon à travers cette double fente. On prendra le cas avec des photons. Au lieu de déterminer le passage d'un photon au moment où il traverse les fentes, on attend que l'onde lumineuse du photon ait largement dépassé celles-ci. Au dernier moment, l'observateur se donne le choix soit de laisser l'écran E pour obtenir des franges d'interférence, soit de le remplacer par une série de deux télescopes T1 et T2 focalisés sur chacune des fentes. Dans ce dernier cas, on peut montrer que cela revient à observer une trajectoire pour le photon.


Schéma de l'expérience de Wheeler. Au dernier moment on choisit soit un écran E soit deux télescopes T.
Crédits : www.npl.washington.edu

C'est là que l'expérience devient stupéfiante. Bien qu'ayant dépassé les deux fentes, c'est le choix de l'observateur qui va déterminer dans le passé par quelle fente le photon a voyagé, par une ou par les deux en même temps ! Si vous vous sentez pris de vertige, tant mieux ! C'est le critère que Niels Bohr avait adopté pour déterminer si quelqu'un avait vraiment pris conscience de ce qu'est la mécanique quantique.

Si vous pensez que c'est complètement absurde alors il va vous falloir rendre les armes. De telles expériences avaient déjà été faites par le passé mais elles souffraient toujours d'imperfections. Elles donnaient toujours raison à la mécanique quantique cependant. Or, dans le papier aujourd'hui publié par Jean François Roch et Alain Aspect (dont on se souvient qu'il avait été l'auteur d'une expérience retentissante sur l'effet EPR) ceux-ci et leurs collègues décrivent une variante de l'expérience de Wheeler avec cette fois-ci un interféromètre de Mach-Zender. Bien qu'apparemment différente, cette expérience conserve le principe de choix retardé de Wheeler, et surtout elle permet d'obtenir des mesures beaucoup plus proches d'une situation idéale.

Le résultat est tombé, la mécanique quantique fonctionne impeccablement et donne exactement ce que John Wheeler avait prédit !

Au vertige va peut-être maintenant succéder la folie, alors accrochez-vous !

Jusqu'à présent, les notions de temps et d'espace viennent de se briser avec cette expérience, à l'échelle humaine. C'est peut être encore acceptable. Passons maintenant avec John Wheeler à l'échelle des galaxies ! Plus précisément, observons avec deux télescopes un effet de lentille gravitationnelle où une galaxie à un milliard d'années-lumière dédouble l'image d'un quasar situé à deux milliards d'années-lumière. On est encore dans un cas avec deux trajectoires possibles pour les photons émis par le quasar. En répétant l'expérience de Wheeler c'est, cette fois-ci, au niveau des galaxies et à un milliard d'années dans le passé qu'un observateur humain va déterminer le chemin pris par un photon !

Plus fort encore, et toujours selon Wheeler. Si j'imagine qu'il y a une fonction d'onde de l'Univers, alors, peut être que ce qui a provoqué sa réduction, et la naissance de notre Univers classique à partir d'une « particule quantique » de la taille de la longueur de Planck il y a 13,7 milliards d'année, c'est justement le fait qu'il y aurait plus tard des systèmes classiques collecteurs d'informations, comme les êtres humains, et effectuant une observation sur celui-ci ! Après tout, EPR nous avait déjà habitué à une non-localité dans l'espace, dans un Univers avec espace-temps il est somme toute logique que la non-localité soit aussi dans le temps !

Cette théorie peut sembler complètement folle, mais elle l'est assez pour être exacte, et comme le fait remarquer Andrei Linde, qui peut savoir le rôle exact de la conscience dans la structure physique de l'Univers ?

Article du 27 février 2007

29/08/2008

Le cerveau est bien plus souple qu'on ne le pensait


Par Jean-Luc Goudet, Futura-Sciences

Une plasticité étonnante du cerveau humain vient d'être mise en évidence : les performances du  sens du toucher augmentent en quelques jours seulement chez des volontaires aux yeux continuellement masqués. Et cette adaptation est réversible en 24 heures.

On sait que les personnes privées du sens de la vue développent leurs sens du toucher et de l'audition. Mais une récente expérience, menée au Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) et dont les résultats viennent d'être publiés, montre qu'une telle adaptation peut s'effectuer en quelques jours seulement et qu'elle est réversible. Selon les auteurs de l'étude, cette plasticité aussi élevée implique que les capacités révélées par la perte de la vision devaient préexister, à l'état latent.

Alvaro Pascual-Leone et ses collègues ont fait participer 47 volontaires qui se sont prêtés à une expérience difficile. Durant cinq jours, la moitié d'entre eux ont porté en permanence un masque sur les yeux, les privant de toute vision. Pendant ce temps, tous étaient soumis à d'intenses activités mettant en jeu le sens du toucher, en particulier l'apprentissage du Braille pendant 4 à 6 heures par jour.

Deux séries d'expériences ont été conduites. La première, sur 32 sujets, consistait à observer en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) le fonctionnement du cerveau pendant et après la période aveugle. Résultats : les sujets portant le masque apprennent plus vite le Braille que les témoins. A l'examen en IRM, le cortex visuel des personnes aux yeux bandés montre une activation importante aux stimuli tactiles. Autrement dit, une zone du cerveau impliquée dans la vision semble immédiatement réquisitionnée pour analyser les signaux du toucher. Mais 24 heures après que le masque leur ait été retiré, cette capacité disparaît complètement, le cortex visuel n'étant de nouveau plus stimulé que par la vision.


En A, images en IRM montrant, marquées en couleurs, les zones présentant des différences entre les sujets aux yeux bandés et les témoins (couleur orange dans l'image prise au jour 5, bleue dans celle du jour 6). En B, résultats de tests au niveau de la zone colorée en orange, dans lesquels on mesure la réponse de ses neurones à des stimulations tactiles. L'axe vertical indique, en pourcentage, la différence de résultats entre les sujets avec et sans masque. On voit qu'elle maximale au jour 5. © Alvaro Pascual-Leone et al.

Un mécanisme inconnu ?

Lors d'une seconde expérience, 15 personnes ont subi un test plutôt invasif. Elles ont été soumises à une stimulation magnétique transcranial répétée (rTMS), une technique employée en thérapie de troubles psychiatriques et consistant à soumettre le cerveau à un champ magnétique. L'effet recherché dans l'expérience est de provoquer un dysfonctionnement temporaire à l'intérieur du cortex visuel. Les sujets obtiennent alors de moins bons résultats dans l'apprentissage du Braille. Là encore, on peut conclure qu'une partie de l'aire cérébrale de la vision peut aussi servir au sens du toucher.

Selon les auteurs de l'étude, ces résultats remettent en cause l'hypothèse classique selon laquelle des structures indépendantes du cerveau et hautement spécialisées sont engagées dans l'analyse des informations sensorielles d'origine différentes. « Notre étude montre que cette vision est incorrecte, affirme Alvaro Pascual-Leone, et illustre la capacité du cerveau humain à se réorganiser lui-même rapidement et dynamiquement. »

Les chercheurs suggèrent que cette adaptation rapide et réversible ne repose pas sur la mise en place de nouvelles connexions entre neurones mais sur l'activation de structures déjà existantes jusque-là masquées. A l'heure actuelle, aucun mécanisme physiologique connu ne peut expliquer ce phénomène. « Nous pensons que ces principes peuvent aussi s'appliquer à d'autres pertes sensorielles, insiste Alvaro Pascual-Leone, comme la surdité, ou une perte fonctionnelle après une lésion au cerveau. »

Quoiqu'il en soit, il reste la preuve de capacités d'adaptation insoupçonnées...

21/08/2008

Peut-on ressusciter le chat de Schrödinger ?


Source : http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/ne...

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences


Le chat de Schrödinger est l'un des paradoxes bien connus de la mécanique quantique.
Ces dernières années, les progrès expérimentaux et la théorie de la
décohérence ont jeté une vive lueur sur ce problème. Une nouvelle
expérience à l’Université de Santa Barbara vient de compliquer quelque
peu ce dernier.

 

En mécanique quantique, le monde est ordinairement représenté dans une superposition d’états. Ainsi, si l’on considère un électron
enfermé dans une boîte pouvant à volonté se scinder en deux boîtes tout
aussi hermétiquement closes, un paradoxe connu sous le nom de «
paradoxe de De Broglie » est facile à dériver de la théorie.

 

Prenons l’une des boîtes et transportons là à
Pékin, alors que la première est laissée à Paris. Selon la mécanique
quantique, en l’absence d’observation pour vérifier dans quelle boîte
se trouve l’électron, il n’est pas possible de dire qu’il se trouve
soit dans la boîte restée à Paris, soit dans celle de Pékin tant qu’on
n’a pas ouverte l’une d’entre elles.

 

Si on le fait, on prédit d’autres résultats
d’expériences que la réalité ne vérifie pas comme le montre par exemple
celles avec les photons
intriqués (expérience EPR). Il faut imaginer que l’électron est dans
une sorte de superposition de deux états de position, décrits par un
vecteur à deux composantes dans un plan avec des axes
perpendiculaires. Les carrés de ces composantes donnent la probabilité
de trouver ce dernier dans l’une des boîtes.

 

Lors d’une expérience, le vecteur d’état «
s’effondre » alors pour coïncider avec l’un des axes sur lequel il est
projeté. La probabilité de trouver l’électron dans une des boîtes lors
d’une seconde mesure est alors certaine.

 

Aussi étrange que cela paraisse, il faut imaginer
que l’électron est simultanément en deux endroits à la fois avant une
mesure et c'est en cela que consiste le paradoxe de De Broglie.

 

Mais, si l’on n’imagine que sa masse, et donc son
énergie, est répartie d’une certaine façon en deux fragments dans
chaque boîte, alors, lors d’une mesure, il faudrait en déduire que de
l’énergie a circulé plus vite que la lumière pour donner un seul électron entier à Paris ou à Pékin.

 

La relativité restreinte interdit cela et il faut donc en conclure que les objets classiques dans l’espace et le temps
n’existent pas vraiment et que seule une observation fait passer les
objets du monde quantique flou et étrange à la réalité bien tangible et
localisée dans l’espace et le temps de la mécanique classique. Une
situation que le grand John Wheeler exprimait par la phrase suivante : « Aucun phénomène n’est un phénomène réel (entendez par là au sens classique) tant qu’il n’est pas observé » et qui est au coeur de l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique.

 

 

Le prix Nobel Louis de Broglie.

 

La mesure joue donc un rôle particulier en
mécanique quantique. La situation la plus bizarre qui en découle est
celle du paradoxe du chat de Schrödinger où un chat enfermé dans une
boîte avec un atome
radioactif, capable de déclencher par sa désintégration la libération
d’un gaz mortel, est à la fois mort et vivant tant que l’on n'a pas
ouvert la boîte, parfaitement isolée du reste de l'Univers, pour
vérifier si l’atome s’était désintégré ou pas. En effet, à cause de l'intrication quantique,
l'atome et le chat forment un seul objet décrit quantiquement. On
n'observe jamais une telle superposition quantique et l'on est donc
conduit à un paradoxe, à moins de rejeter les lois de la mécanique
quantique.

 

La résolution de ce paradoxe, partiel d’une
certaine façon, est de faire remarquer que, malgré tout, rien dans
l’Univers n’est complètement isolable de toute interaction et qu’une
faible interaction de l’atome avec son environnement existe quand même,
qui va provoquer ou non sa désintégration, et forcer l’état du système
à se projeter en un temps assez bref pour un objet macroscopique dans
le monde réel. Voilà pourquoi on n’observe jamais de chat à la fois
mort et vivant. C'est ce que dit la théorie de la décohérence et les expériences le vérifient.

 

Toutefois, selon une interprétation de la mesure en mécanique quantique proposée il y a quelques années par Yakir Aharonov,
il existerait des mesures dites faibles où l’effondrement du vecteur
d’état n’est pas vraiment complet. Un chat de Schrödinger « mort »
pourrait donc être d’une certaine façon ressuscité dans un état à la
fois mort et vivant si l’on s’y prend bien.

 

Cette théorie viendrait d’être testée avec des qubits
par Nadav Katz de l’Université de Santa Barbara et elle semble
effectivement être correcte. Les résultats des expériences ont été
publiés sur arXiv et la communauté des physiciens va devoir maintenant
se pencher sur ces derniers. Ce résultat surprenant, montrant une fois
de plus le caractère très étrange et défiant notre intuition du monde
quantique, sera donc peut-être confirmé, ou infirmé, dans les mois ou
les années à venir. A suivre donc !