Les galaxies, que Emmanuel Kant avait, dans une intuition fulgurante, baptisées « Univers-îles », sont les cellules constitutives de l’Univers. Formées, en quelque sorte comme des grumeaux, à partir du gaz chaud et homogène laissé par le big bang, elles sont constituées de gaz, de poussières et d’étoiles, lesquelles recyclent inlassablement, depuis 13,7 milliards d’années, la matière cosmique.
Comprendre l’évolution des galaxies, comprendre comment elles sont apparues, quelques dizaines de millions d’années après le big bang, tels sont quelques-uns des enjeux actuels de la cosmologie.
Une équipe internationale d’astronomes, emmenée par Allessandro Boselli, directeur de recherches au CNRS, s’est dotée d’un nouvel outil pour étudier l’évolution des galaxies : il s’agit d’un filtre, dit « H alpha » par les spécialistes, qui équipe désormais la caméra géante Megacam du télescope franco-canadien d’Hawaii (CFHT). Cette caméra, son filtre et le télescope de 3,6 m CFHT permettent d’observer avec une grande clarté le gaz interstellaire, gaz qui, en se condensant en étoiles, puis en étant transformé par l’évolution de celles-ci avant de retourner à l’espace, participe à l’évolution cosmique.

La première cible de Alessandro Boselli, Jean-Charles Cuillandre, Matteo Fossati, Samuel Boissier, Giovanni Anselmi et leurs collaborateurs ? L’amas de galaxies Virgo, situé dans la constellation de la Vierge. Cet immense amas d’un millier de galaxies se situe à 60 millions d’années-lumière, et est composé essentiellement de galaxies elliptiques, dénuées de gaz et de poussières, et où brillent de vieilles étoiles, sans aucun espoir de descendance.
Depuis longtemps, les astronomes soupçonnent que le gaz présent dans les galaxies spirales telles que la Voie lactée, par exemple, et qui leur permettent de donner naissance à dix ou cent étoiles tous les ans, est soufflé de leurs sœurs cosmiques se trouvant au cœur des amas, ce qui les rend stériles. Mais quel processus est responsable de cette « stérilisation » des galaxies ?

Pour le comprendre, l’équipe de Alessandro Boselli a photographié, avec une précision encore jamais atteinte, la galaxie géante M 90 de l’amas de la Vierge. Cette galaxie, qui ressemble un peu à la nôtre, est l’une des seules spirales de l’amas Virgo. Pourtant, elle semble dénuée d’étoiles très jeunes, comme si, elle aussi, avait cessé de donner naissance à de nouvelles générations stellaires… Le télescope CFHT et Megacam ont permis aux astronomes de comprendre pourquoi : le filtre qui équipe la caméra a révélé d’immenses nuages d’hydrogène qui s’échappent de la galaxie M 90 : la majorité du gaz de la spirale géante est perdue dans le cosmos… Pourquoi ? La galaxie M 90 se déplace à 1200 kilomètres/seconde dans l’amas, et sur son chemin, elle traverse les halos des galaxies elliptiques géantes qui peuplent le cœur de Virgo, comme M 86 et M 87. Ces halos – du gaz ionisé très peu dense – arrachent littéralement de la galaxie M 90 son gaz interstellaire. Dénuée de nébuleuses, celle-ci, stérile, va peu à peu se transformer en galaxie elliptique, comme ses voisines.
L’étude des galaxies, et celle des amas de galaxies permet aux chercheurs de mieux comprendre l’évolution de l’Univers dans son ensemble, mais pas seulement : il leur permet aussi de prédire son avenir. Dans quelques centaines de milliards d’années, dans un cosmos de plus en plus vide et froid, les galaxies ne formeront plus d’étoiles, et, une à une, lentement, celles-ci s’éteindront…
Serge Brunier

La technologie conquière chaque jour un peu plus de terrain sur notre esprit, notamment par sa capacité à lire dans les ondes cérébrales les contenus de pensée qu’elles charrient. Cette fois, le paramètre qui a rendu les armes c’est la vitesse : des neurologues et informaticiens de l’université de Washington ont réussi à décoder certains éléments de pensée quasiment en même temps que celles-ci se formaient dans la matière grise de volontaires à l’expérience.

Mais attention, il s’agit seulement de pensées “visuelles”, soit les informations primaires liés à la vision qui circulent dans le cortex avant même qu’elles soient saisies par la conscience et deviennent matière à réflexion. Néanmoins ces nouveaux résultats sont un très bel exploit pouvant conduire à des applications médicales auprès de patients cérébrolésés.

Des électrodes implantées dans le cerveau pour saisir les pensées

La technique utilisée est la même que pour la traduction de pensées en paroles dont nous avions parlé en juin dernier : 7 volontaires, des patients épileptiques portant déjà des électrodes implantées sur la surface de leur cerveau pour le traitement contre l’épilepsie (entre 30 et 60), se sont soumis à une expérience consistant à regarder défiler 300 images sur un écran, à raison d’une image tous les 0,4 secondes.

Un algorithme conçu par les chercheurs analysait en simultané les signaux recueillis par les électrodes pour extraire de chaque image une information visuelle particulière, ce en moins de 20 millisecondes ! C’est dans cette quasi-simultanéité que réside l’intérêt de l’expérience.

Maison, visage ou écran vide ?

Plus précisément, les signaux mesurés par l’algorithme, sur des groupes de 5 millions de neurones par électrode, étaient de deux types : les pics électriques survenant quelques millisecondes après l’apparition de l’image (“potentiels évoqués”) et la phase de relaxation de ces groupes de neurones après le pic.

Les images projetées représentaient, de manière aléatoire, des maisons,  des visages, ou encore un écran vide, l’algorithme étant conçu non pas pour pouvoir reproduire les images vues mais simplement pour savoir les classer à vitesse réelle dans l’une ou l’autre des trois catégories prédéfinies : “maison”, “visage”, “ni l’un ni l’autre”.

Apprendre à l’algorithme à réagir en 20 millisecondes

L’expérience a comporté trois séances de projection de 300 images (0,4 s par image) dont 50 maisons, 50 visages et le reste en écrans vides. Les deux premières séances ont servi à apprendre à l’algorithme à distinguer les images en fonction des ondes mesurées : une phase où chaque image portait la mention de ce qu’elle représentait, ce qui informait l’algorithme de sa catégorie.

La troisième séance présentait 300 images non annotées que l’algorithme devait alors classer en fonction des signaux cérébraux et de ce qu’il avait appris précédemment.

Un taux de réussite de 96 %

Une tâche très simple, surtout au regard de l’idéal rêvé d’une machine à lire dans les pensées, mais menée à un rythme “temps réel” (20 ms pour classer chaque image), avec un taux de réussite de 96 %.

Cela ouvre la voie à des systèmes qui à terme permettraient à un patient atteint d’une paralysie sévère incluant la parole (AVC avec aphasie, locked-in syndrome, etc.) de communiquer en temps réel via l’ordinateur par des choix visuels, sur un ensemble d’images prédéfinies pouvant exprimer chacune une intention du patient.

–Román Ikonicoff

 

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> Lire également dans les Grandes Archives de Science & Vie :

• La science sait lire dans les pensées – S&V n°1098 – 2009. C’est dans la décennie 2000 que sont apparus les premiers résultats sur la reconstruction des pensées via le captage des signaux cérébraux, en particulier des images vues par l’individu.

• C’est parti pour la télépathie high-tech ! – S&V n°1054 – 2005. Il y a 10 ans déjà les premières expériences d’interface cerveau-machine permettaient d’anticiper ce que les progrès en imagerie cérébrale et en traitement statistique des signaux permettrait de faire. L’idée de communiquer ses pensées sans les vocaliser apparaissait comme l’objectif recherché.

• Cerveau : voici la première carte de nos idées – S&V n°1146 – 2013. La connaissance sur l’écosystème cérébral ne cesse de progresser, notamment grâce au mariage entre les système d’imagerie et l’analyse statistique numérique. Au point de pouvoir  tracer la carte de nos idées.