Un vaccin contre les maladies inflammatoires chroniques

| 11 DÉC. 2019 - 11H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE | PHYSIOPATHOLOGIE, MÉTABOLISME, NUTRITION


Observation de colon par microscopie confocale. Les bactéries du microbiote sont visualisées en rouge, le mucus intestinal en vert, les cellules intestinales en violet et leur ADN en bleu. Crédits : Benoît Chassaing
Chez l’animal, un vaccin modifiant la composition et la fonction du microbiote intestinal permet de protéger contre l’apparition des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et contre certaines dérégulations métaboliques, telles que le diabète ou l’obésité. Ces travaux sont menés par l’équipe de Benoît Chassaing, chercheur Inserm au sein de l’Institut Cochin (Inserm/CNRS/Université de Paris), et les premiers résultats sont parus dans Nature Communications.
Les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, comme la maladie de Crohn et la rectocolite hémorragique, sont associées à des anomalies du microbiote intestinal chez l’animal et chez l’homme. Les sujets concernés présentent le plus souvent une moindre diversité bactérienne au sein de leur flore intestinale, mais également un excès de bactéries exprimant une protéine appelée flagelline, qui favorise leur mobilité. Cela leur permet notamment de pénétrer dans la couche de mucus qui recouvre la paroi intestinale et qui est normalement stérile. En effet, cette couche est censée former un mur hermétique aux bactéries entre l’intérieur du tube digestif et le reste de l’organisme, le protégeant ainsi du risque d’inflammation lié à la présence des milliards de bactéries de la flore intestinale.

De précédents travaux avaient déjà montré qu’au sein de cette couche de mucus, on trouve naturellement des anticorps, dont certains dirigés contre la flagelline. Cela signifie que l’organisme développe spontanément une protection immunitaire contre la flagelline, qui permet de contrôler la présence des bactéries qui l’expriment. Avec ses collègues, Benoit Chassaing, chercheur Inserm a eu l’idée de stimuler cette production d’anticorps anti-flagelline afin de réduire la présence de bactéries exprimant la flagelline dans le microbiote intestinal, dans le but de diminuer le risque d’inflammation chronique.

Comme ils le décrivent dans leur étude publiée dans Nature Communications, les chercheurs ont administré de la flagelline par voie péritonéale à des souris, induisant ainsi une forte augmentation des anticorps anti-flagelline, notamment au niveau de la muqueuse intestinale. Les chercheurs ont ensuite appliqué un protocole visant à induire une inflammation intestinale chronique chez ces animaux. Ils ont constaté qu’une immunisation contre la flagelline permettait de protéger significativement les animaux contre l’inflammation intestinale. En outre, une analyse fine du microbiote et de leurs intestins a montré, d’une part, une réduction de la quantité de bactéries exprimant fortement la flagelline et d’autre part, l’absence de ces bactéries dans la muqueuse intestinale, par opposition au groupe non vacciné.

L’excès de flagelline dans le microbiote intestinal ayant également été associé à des désordres métaboliques, notamment au diabète et l’obésité, les chercheurs ont testé leur stratégie vaccinale chez des souris exposées à un régime riche en graisse. Alors que les animaux non vaccinés ont développé une obésité, les animaux vaccinés ont été protégés.
« Cette stratégie vaccinale est envisageable chez l’homme, puisque de telles anomalies de microbiote ont été observées chez les patients atteints de maladies inflammatoires et métaboliques. Pour cela, nous travaillons actuellement sur un moyen d’administrer localement la flagelline au niveau de la muqueuse intestinale », explique Benoît Chassaing. Les chercheurs réfléchissent par exemple à la possibilité de développer des nanoparticules ingérables et remplies de flagelline. Enfin, au-delà de l’aspect préventif, ils souhaitent maintenant tester cette vaccination en mode curatif, chez des animaux présentant déjà une maladie inflammatoire chronique ou des dérégulations métaboliques.

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Exposition prénatale aux perturbateurs endocriniens et troubles du comportement des enfants

COMMUNIQUÉ | 29 SEPT. 2017 - 10H22 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

SANTÉ PUBLIQUE

Une étude épidémiologique menée par l’Inserm[1] sur les familles de la cohorte EDEN (500 garçons nés entre 2003 et 2006 et leurs mères) montre que l’exposition pendant la grossesse à certains phénols et phtalates est associée à des troubles du comportement des garçons entre 3 et 5 ans. Les composés les plus préoccupants à cet égard sont le bisphénol A, le triclosan et le di-n-butyl phtalate, ou DBP. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Environmental Health Perspectives.

Le bisphénol A a été interdit de tous les contenants alimentaires en France en janvier 2015, une date ultérieure à la réalisation de cette étude. Le triclosan est un agent antibactérien retrouvé dans certains dentifrices et savons ; le DBP est utilisé comme plastifiant dans les plastiques de type PVC, certaines colles, vernis à ongles et laques pour les cheveux. Triclosan et DBP sont réglementés selon la logique d’une valeur limite dans certaines familles de produits, tout en étant interdits dans d’autres (le DBP est par exemple interdit d’usage dans les cosmétiques et le triclosan dans les habits dans l’UE). Des études toxicologiques in vitro et chez l’animal ont mis en évidence que ces composés étaient des perturbateurs endocriniens et pouvaient interagir avec des systèmes hormonaux impliqués dans le développement normal du système nerveux central. Les mécanismes précis qui pourraient expliquer un effet des perturbateurs endocriniens sur le neurodéveloppement et le comportement pourraient passer par une altération du fonctionnement des hormones thyroïdiennes, des hormones stéroïdiennes, comme l’œstrogène, ou d’autres hormones, comme l’ocytocine ou la vasopressine, des hormones sécrétées par l’hypothalamus.

Face à ces premières conclusions chez l’animal, les chercheurs ont souhaité étudier l’association entre les expositions aux perturbateurs endocriniens pendant la grossesse et le comportement ultérieur des enfants.
L’étude a porté sur 529 petits garçons de la cohorte mère-enfant EDEN, mise en place par l’Inserm. Les femmes enceintes participant à cette cohorte ont été recrutées entre 2003 et 2006 dans les CHU de Nancy et Poitiers. Aux troisième et cinquième anniversaires de l’enfant, ces mamans ont rempli un questionnaire standardisé évaluant certains aspects du comportement de leur enfant tel que l’hyperactivité, les troubles émotionnels et les troubles relationnels. Ce questionnaire standardisé, utilisé depuis une vingtaine d’années, intitulé « Questionnaire des forces et difficultés » de l’enfant, permet d’établir un score dans différentes dimensions du comportement tels que les symptômes émotionnels, les problèmes de relation avec les pairs, les problèmes de conduite, d’hyperactivité et d’inattention. Un échantillon d’urine prélevé durant la grossesse a permis le dosage de biomarqueurs caractéristique de l’exposition aux phénols et aux phtalates dans le Laboratoire de Santé Environnementale des CDC d’Atlanta, qui est en charge des campagnes de biosurveillance américaines.
De 70 à 100% des femmes de la cohorte Eden, recrutées durant leur grossesse entre 2003 et 2006, étaient alors exposées à des niveaux détectables de différentes substances. Les niveaux urinaires étaient de l’ordre de 1 à 3 µg par litre pour le bisphénol A, de 10 à 100 µg par litre pour le triclosan, et de 50 à 200 pour le méthylparabène. Les résultats suggèrent que l’exposition maternelle à certains phénols et phtalates est associée à des troubles du comportement des petits garçons.

L’exposition au bisphénol A était associé à une augmentation des troubles relationnels à 3 ans et des comportements de type hyperactif à 5 ans. Les chercheurs notent que ce travail confirme ainsi que les effets du bisphénol A sur le comportement observés chez l’animal de laboratoire se retrouvent chez l’humain à des expositions faibles, probablement inférieures à celles préconisées par l’autorité européenne de sécurité alimentaire, l’EFSA.

Le métabolite du DBP était lui associé à davantage de troubles émotionnels et relationnels, incluant les comportements de repli, à 3 ans, mais pas à 5 pour les troubles émotionnels. Des associations entre ces composés et le comportement avaient déjà été mis en évidence dans des études précédentes chez de jeunes garçons et chez l’animal. Ainsi, dans une étude réalisée à partir de femmes et d’enfants new-yorkais, une augmentation des comportements de repli chez les enfants de 3 ans avec des niveaux croissants du métabolite du DBP avaient été rapportés en 2012.

Les résultats de cette étude ont aussi montré une association entre le triclosan et une augmentation des troubles émotionnels à 3 et 5 ans. Il s’agit de la première étude évaluant les effets de ce composé sur le comportement, pour lequel l’équipe d’épidémiologie environnementale de Grenoble avait déjà mis en évidence une diminution du périmètre crânien à la naissance, dans cette même population. Au niveau moléculaire, le triclosan est capable d’interagir avec l’axe thyroïdien qui, pendant la grossesse, est impliqué dans le développement du cerveau du fœtus.
L’effectif de l’étude, qui est une des plus vaste sur la question, ne permettait pas d’étudier directement la survenue de pathologies du comportement comme les troubles du spectre autistique, ce qui impliquerait de suivre des dizaines de milliers d’enfants.

Les équipes de recherche vont désormais s’attacher à répliquer ces résultats au sein de la cohorte mère-enfant SEPAGES en cours dans la région Grenobloise, coordonnée par l’Inserm et soutenue par l’European Research Council. Dans cette dernière, de nombreux échantillons d’urine par participant sont recueillis durant la grossesse et les premières années de vie de l’enfant. Cette approche permettra de limiter les erreurs de mesure de l’exposition et d’identifier de potentielles périodes de sensibilité aux phénols et phtalates sur différents événements de santé tels que la croissance, le comportement ou la santé respiratoire. Cela permettra aussi d’étudier l’effet éventuel de ces substances chez les petites filles, qui n’avaient pu être considérées ici. Il est possible que leur sensibilité aux perturbateurs endocriniens diffère de celle des garçons.

[1] Un consortium de recherche associant des équipes de recherche Inserm, les CHU de Nancy et Poitiers, le Center for Disease Controls and Prevention (CDC, Atlanta, USA), et coordonné par l’équipe d’épidémiologie environnementale de l’Institut pour l’Avancée des Biosciences (Inserm/CNRS/Université Grenoble Alpes).

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Tuberculose

Sous titre
Le bacille fait de la résistance

Selon l’OMS, un tiers de la population mondiale serait infecté par la bactérie responsable de la tuberculose. La maladie serait à l’origine d’1,5 millions de décès pour la seule année 2014, dont 400 000 décès de personnes atteintes d’une tuberculose associée à une infection par le VIH. Pour en finir avec cette maladie infectieuse, les chercheurs s’attèlent à la mise au point de nouveaux vaccins ainsi qu’au développement d’antibiotiques et d’outils diagnostics plus performants.
       

Dossier réalisé en collaboration avec Camille Locht, microbiologiste et directeur du Centre d’Infection et Immunité de Lille (Unité Inserm 1019) à l’Institut Pasteur de Lille

Comprendre la tuberculose
La tuberculose est une maladie infectieuse due à la bactérie Mycobacterium tuberculosis, aussi nommée  bacille de Koch d’après le nom de son découvreur.
Le plus souvent, la tuberculose touche les poumons. On parle alors de tuberculose pulmonaire. Cette forme de la maladie est caractérisée par :
*         une toux chronique accompagnée d’expectorations (crachats), parfois teintées de sang,
*         des douleurs dans la poitrine,
*         une fièvre, peu intense mais persistante, ainsi que des sueurs nocturnes,
*         une perte de poids et une faiblesse générale.

Plus rarement, dans environ 15% des cas, l’infection peut affecter d’autres régions de l’organisme : le rein, le cerveau, l’intestin, les os… Les symptômes associés à ces formes extra-pulmonaires de la tuberculose sont variables.
Dans environ 90% des cas, les personnes infectées par le bacille de Koch ne développent pas la maladie.  Le bacille peut rester "dormant" dans leur organisme durant des années. Ils sont alors asymptomatiques et ne sont pas contagieux. On parle alors de tuberculose latente.  Mais dans 5 à 10% des cas, le bacille va finir par se réveiller. La tuberculose devient alors active, symptomatique et contagieuse. C’est la tuberculose maladie. Les personnes dont le système immunitaire est affaibli, telles que les personnes vivant avec le VIH, celles souffrant de malnutrition ou de diabète, les fumeurs, ou encore les patients sous traitement immunosuppresseur, ont un risque beaucoup plus élevé de développer la maladie.

Un tiers de la population mondiale infectée
Contrairement aux formes extra-pulmonaires, la tuberculose pulmonaire est très contagieuse. Quelques bactéries suffisent à propager l’infection.
Le bacille de Koch se propage essentiellement par voie aérienne : une toux, un éternuement, un crachat, voire une simple discussion, projettent les bactéries dans l’air ambiant. Les personnes qui les inhalent deviennent à leur tour infectées. On estime qu’un patient infecté et non traité peut ainsi contaminer 10 à 15 autres personnes en l’espace d’une année. Les déplacements de population (migrations économiques, exils politiques, tourisme, mondialisation des échanges) favorisent la dissémination de la tuberculose sur toute la planète.

Et si le principal réservoir de Mycobacterium tuberculosis est l’homme atteint par une tuberculose active, le bacille est très résistant : il peut par exemple survivre plusieurs semaines dans un crachat, ou plusieurs mois dans la terre. Des cheptels d’animaux domestiques peuvent en outre constituer de bons réservoirs pour certaines souches proches, telles que M. bovis, créant un risque de transmission par voie alimentaire.
Au total, un tiers de la population mondiale serait actuellement infecté par le bacille de Koch selon l’OMS, avec  9,4 millions nouvelles infections et 1,5 millions de décès associés à la maladie en 2014. Ces chiffres font de la tuberculose la seconde maladie due à un agent infectieux unique la plus meurtrière, après le sida. Pour certains, il s’agit même de la première cause de décès par infection, car on ne meure pas du sida mais des infections liées à l’immunodéficience induite par le VIH.
La tuberculose est présente partout dans le monde. En 2014, le plus grand nombre de nouveaux cas a été enregistré en Asie du Sud-Est et dans la Région du Pacifique occidental (58% des nouveaux cas). L’Afrique compte cependant la plus grande incidence
incidence
Nombre de cas nouveaux d'une maladie, apparus durant une période de temps donnée.
, avec plus de 281 cas pour 100 000 habitants en 2014.

En France, des disparités territoriales et populationnelles
En France, la tuberculose est une maladie à déclaration obligatoire depuis 1964. En 2014, 4 827 nouveaux cas ont été déclarés, contre 6 714 en 2000. L’Ile-de-France compte à elle seule 36% des cas (1 747 cas), formant avec la Guyane une des principales régions atteintes. La maladie touche principalement les populations en situation de précarité, les migrants en provenance de régions comme l’Afrique subsaharienne et les personnes âgées.

Pour en savoir plus sur l’épidémiologie de la tuberculose en France
L’incidence mondiale de la tuberculose tend cependant à décroître, avec une diminution du nombre de nouveau cas de 18% depuis 2000. Quant à la mortalité associée, elle a quasiment été divisée par 2  depuis 1990. En mai 2014, l’Assemblée mondiale de la Santé, convoquée par l’OMS, a approuvé une stratégie visant à mettre un terme à l’épidémie mondiale de tuberculose : l’objectif est de réduire de 95% le nombre des décès et de 90% l’incidence de la maladie d’ici à 2035.
Pour en savoir plus sur la stratégie de l’OMS : Mettre fin à la tuberculose d'ici 2035


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Grandes tueuses : La tuberculose

La tuberculose - documentaire – 14 min 11 – vidéo extraite de la série Grandes tueuses (2016)

Facteurs de risque
La tuberculose touche surtout les populations urbaines, les personnes âgées, les sujets en situation de précarité, les migrants et les patients infectées par le VIH. On parle d’une maladie sociale car elle se propage préférentiellement chez les communautés défavorisées et les individus désocialisés.

Toujours selon les données de l’OMS, au moins un tiers des personnes vivant avec le VIH dans le monde seraient infectées par le bacille tuberculeux. Or chez ces personnes, le risque de développer une tuberculose active est multiplié par 20 ou 30, par rapport aux personnes qui ne sont pas infectées par le VIH. Le VIH et le bacille tuberculeux tendent en effet à accélérer mutuellement leur progression dans l’organisme, le premier affaiblissant les barrières immunitaires qui forment généralement une résistance plutôt efficace contre le second. Leur association est donc meurtrière : la tuberculose est une cause majeure de mortalité chez les séropositifs. En 2014, environ 400 000 personnes sont décédées d’une tuberculose associée au VIH.
D’autres pathologies et traitements qui affaiblissent les défenses immunitaires augmentent la probabilité de réveiller une tuberculose latente. C’est le cas par exemple des médicaments destinés à augmenter la tolérance aux greffes.

Dépistage et diagnostic
Le dépistage de la tuberculose latente peut être proposé à des sujets à risque, en particulier aux personnes qui ont été en contact avec un malade, aux patients immunodéprimés ou aux enfants de moins de quinze ans vivant dans une zone à forte prévalence
prévalence
Nombre de cas enregistrés à un temps T.
. Dépister une tuberculose latente permet d’envisager de la traiter  et  de  diminuer  le  risque  de  développement  de la forme  active de l’infection.

Ce dépistage se fonde actuellement sur l’utilisation du test cutané dit de Mantoux, ou test d’intradermoréaction (IDR) à la tuberculine.  Ses résultats sont malheureusement difficiles à interpréter : il ne permet pas de déceler avec certitude un porteur sain, produisant parfois des faux négatifs et des faux positifs. Il ne permet pas non plus de distinguer les patients vaccinés par le BCG de ceux infectés par M. tuberculosis. Un autre type de tests existe : les tests de détection de la production d’interféron gamma (tests IGRA), réalisés  in  vitro sur  un prélèvement sanguin. Leur utilisation a reçu un avis favorable de la part de la Haute Autorité de Santé en 2007 et du Haut Conseil de la santé publique en 2011. Ils ne sont cependant pas encore utilisés dans la pratique courante, ni remboursés par l’Assurance maladie. Ils sont plus spécifiques, mais moins sensibles que le test cutané, notamment pour la détection de la tuberculose latente.

Le diagnostic de la tuberculose maladie est quant à lui proposé quand un patient souffre depuis plusieurs semaines de symptômes pulmonaires ne pouvant être expliqués par une autre pathologie infectieuse (ou tumorale). Le premier examen est une radio du thorax : un spécialiste peut alors étudier la présence d’anomalies typiques de la maladie dans sa forme pulmonaire. Cependant, cet examen manque de spécificité. Le diagnostic de certitude est microbiologique : on réalise un examen cytobactériologique des crachats (ECBC) sur trois jours consécutifs, avec mise en culture. En cas de négativité du résultat on peut pratiquer un contrôle sur des prélèvements par tubage gastrique ou fibroscopie bronchique. Plus récemment, un test se fondant sur l’amplification de l’ADN du bacille par PCR
PCR
Pour polymerase chain reaction. La réaction en chaîne par polymérase permet de copier en un grand nombre d'exemplaires des séquences d'ADN à partir d'une faible quantité d'acide nucléique au départ (ou présente).
a été mis au point. Il permet, dans une certaine mesure, de détecter des souches multi-résistantes en quelques heures.

4 000 gènes pour un bacille
En 1998, l’Institut Pasteur (France) et le Sanger Center (Royaume-Uni) ont séquencé le génome de Mycobacterium tuberculosis. Il compte 4 411 529 paires de bases et environ 4 000 gènes, soit un génome plutôt "riche" pour le monde bactérien. Depuis cette date, les microbiologistes du monde entier scrutent chaque élément de l’ADN tuberculeux. Il est en effet probable que la croissance lente de la bactérie, sa capacité de latence et de réactivation, ainsi que son aptitude à résister aux  traitements, soient autant de caractéristiques inscrites dans le génome bactérien. En le décryptant, les chercheurs ouvrent des pistes susceptibles de conduire à la mise au point de nouvelles stratégies pour prévenir et traiter la tuberculose.

Les enjeux du traitement et de la prévention

Des souches de plus en plus résistantes aux traitements
La tuberculose peut aujourd’hui être traitée et guérie. Le traitement repose sur des associations d’antibiotiques administrés au moins 6 mois, parfois plus longtemps. En général, il s’agit de quatre antibiotiques différents à prendre tous les jours pendant deux mois, puis deux antibiotiques à prendre tous les jours pendant quatre mois. Le respect du protocole est absolument nécessaire, sous peine de voir apparaître une résistance aux médicaments.

Certaines souches tuberculeuses sont en effet désormais résistantes à un ou plusieurs antibiotiques. Il existe de plus en plus de souches multirésistantes, c’est-à-dire devenues insensibles à plusieurs médicaments, dont au moins les deux plus efficaces (isoniazide et rifampicine). On voit aussi apparaitre des souches ultrarésistantes, insensibles à tous les médicaments existants, y compris aux antibiotiques de seconde intention (fluoroquinolones et antituberculeux injectables).
Environ 480 000 cas de tuberculose multirésistante ont été rapportés dans le monde en 2014. Dans pratiquement un cas sur dix, il s’agit même d’une tuberculose ultrarésistante. Et si des cas de tuberculoses résistantes sont détectés dans tous les pays, plus de la moitié le sont en Inde, en République populaire de Chine et en Fédération de Russie.
Il est possible de soigner une tuberculose multirésistante, mais le traitement est long (deux ans au moins), le prix élevé (cent fois le coût d’un traitement normal) et les effets secondaires plus marqués pour le malade. Dès lors, convaincre les patients de ne pas laisser tomber est un défi.
Pour en savoir plus sur la résistance aux antibiotiques

Affaiblir le bacille, plutôt que renforcer le traitement
Comment lutter contre la multirésistance du bacille de Koch ? Une équipe de chercheurs coordonnée par Alain Baulard et Benoit Déprez (Inserm, CIIL, Institut Pasteur de Lille, CNRS, Université de Lille) a proposé une voie thérapeutique nouvelle. Ces chercheurs ont identifié quelques années plus tôt un gène de Mycobacterium tuberculosis qui contrôle sa sensibilité à certains antibiotiques. Abaisser le contrôle opéré par ce gène doit logiquement conduire à affaiblir le bacille. Le consortium de recherche a ainsi conçu, synthétisé et testé une molécule capable de modifier la sensibilité du germe à plusieurs antibiotiques antituberculeux - dont l’éthionamide. Le développement de ces travaux se poursuit.

Prévention et vaccin
Pour prévenir la transmission du bacille de Koch, il faut éviter le contact avec les sujets infectés. Cela présuppose un diagnostic le plus précoce possible de l’infection, et un isolement thérapeutique du patient pendant la phase où il est contagieux. En milieu hospitalier, diverses mesures prophylactiques sont appliquées : port du masque (patient, personnel, visiteurs), aération et exposition de la chambre à la lumière du jour, irradiation par ultraviolet (UV-C) auxquels le bacille est sensible...
Une autre arme est bien sûr la vaccination. Le seul vaccin contre la tuberculose actuellement disponible est le BCG (bacille de Calmette et Guérin). Ce vaccin a été mis au point au début du 20e siècle par deux chercheurs français, Albert Calmette et Camille Guérin, en atténuant le germe tuberculeux bovin (M. bovis).  Après avoir été obligatoire en France de 1950 à 2007, le BCG fait désormais l’objet d’une recommandation pour les seules populations à risque dans notre pays.
Le BCG protège efficacement les  jeunes enfants des formes graves de la maladie. Mais il ne protège pas complètement, et pas suffisamment longtemps : en particulier, il n’est pas assez efficace chez les adolescents et les jeunes adultes. Or 85% des décès attribuables à la tuberculose frappent cette population.
C’est pourquoi de nombreuses équipes de chercheurs travaillent à la mise au point de nouveaux vaccins : 16 d’entre eux sont en cours d’évaluation clinique (phases I à IIb), et bien d’autres à des stades de développement plus précoces.

TBVI : vers un vaccin plus efficace
TuBerculosis Vaccine Initiative (TBVI) est le nom d’une fondation internationale rassemblant une quarantaine de laboratoires académiques et industriels en Europe, dont des laboratoires Inserm. Son objectif : développer des vaccins plus efficaces que le BCG. La mise au point de candidats-vaccins suit différentes pistes : exploration de nouveaux antigènes
antigènes
Molécule capable de déclencher une réponse immunitaire.
et adjuvants, ingénierie génétique du bacille de Koch ou du BCG, optimisation des voies d’administration et utilisation de nouveaux vecteurs

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Musique ou langage ? Le cerveau divisé…

COMMUNIQUÉ | 27 FÉVR. 2020 - 20H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE | TECHNOLOGIE POUR LA SANTE

Le cerveau humain ne mobilise pas ses hémisphères de façon équivalente lorsqu’il s’agit de reconnaître une mélodie ou de comprendre une phrase à l’oral. Si ce concept est reconnu des scientifiques, jusqu’à présent, le phénomène n’était pas expliqué au niveau physiologique et neuronal. Une équipe de recherche codirigée par le chercheur Inserm Benjamin Morillon à l’Institut de neurosciences des systèmes (Inserm/Aix-Marseille Université), en collaboration avec des chercheurs de l’Institut-Hôpital neurologique de Montréal de l’Université McGill, est parvenue à montrer que, grâce à des réceptivités différentes aux composantes du son, les neurones du cortex auditif gauche participeraient à la reconnaissance du langage, tandis que les neurones du cortex auditif droit participeraient à celle de la musique. Ces résultats à paraître dans Science suggèrent que la spécialisation de chaque hémisphère cérébral pour la musique ou le langage permettrait au système nerveux d’optimiser le traitement des signaux sonores à des fins de communication.

Le son est issu d’un ensemble complexe de vibrations de l’air qui, lorsqu’elles arrivent dans l’oreille interne au niveau de la cochlée, y sont discriminées en fonction de leur vitesse : à chaque instant, les vibrations lentes sont traduites en sons graves et les vibrations rapides en sons aigus. Cela permet de représenter le son selon deux dimensions : la dimension spectrale (fréquence) et la dimension temporelle (temps).
Ces deux dimensions auditives sont fondamentales car c’est leur combinaison en simultané qui stimule les neurones du cortex auditif. Ces derniers permettraient notamment de discriminer les sons pertinents pour l’individu, tels que les sons utilisés pour la communication qui permettent l’échange et la compréhension entre individus.

Le langage et la musique constituent chez l’humain les principales utilisations du son et les plus complexes au niveau cognitif. L’hémisphère gauche est principalement impliqué dans la reconnaissance du langage, tandis que l’hémisphère droit est principalement impliqué dans celle de la musique. Cependant, le fondement physiologique et neuronal de cette asymétrie était encore méconnu.

Une équipe de recherche codirigée par le chercheur Inserm Benjamin Morillon à l’Institut de neurosciences des systèmes (Inserm/Aix-Marseille Université), en collaboration avec des chercheurs de l’Institut-Hôpital neurologique de Montréal de l’Université McGill, a utilisé une approche innovante pour comprendre comment le langage et la musique sont décodés au sein de chaque hémisphère cérébral chez l’humain.
Les chercheurs ont enregistré 10 phrases chantées chacune par une soprane sur 10 airs mélodiques inédits composés pour l’occasion. Ces 100 enregistrements, dans lesquels mélodie et parole sont dissociées, ont ensuite été déformés en diminuant la quantité d’information présente dans chaque dimension du son. Il a été demandé à 49 participants d’écouter ces enregistrements déformés par paire, et de déterminer s’ils étaient identiques au niveau de la mélodie ou au niveau du texte. L’expérience a été menée en français et en anglais, afin d’observer si les résultats étaient reproductibles dans des langues différentes.

Une démonstration du test audio proposé aux participants est disponible (en anglais) sur le lien suivant :
 https://www.zlab.mcgill.ca/spectro_temporal_modulations/
L’équipe de recherche a constaté que, quelle que soit la langue, lorsque l’information temporelle était déformée les participants étaient capables de reconnaître la mélodie, mais avaient des difficultés à identifier le contenu du texte. À l’inverse, lorsque l’information spectrale était déformée, ils étaient capables de reconnaître le texte mais avaient du mal à reconnaître la mélodie.
L’observation par imagerie par résonance fonctionnelle (IRMf) de l’activité neuronale des participants a montré que, dans le cortex auditif gauche, l’activité variait en fonction de la phrase présentée mais restait relativement stable d’une mélodie à l’autre, tandis que dans le cortex auditif droit, l’activité variait en fonction de la mélodie présentée mais restait relativement stable d’une phrase à l’autre.
De plus, lorsque l’information temporelle était dégradée, seule l’activité neuronale du cortex auditif gauche était affectée, tandis que la dégradation de l’information spectrale affectait uniquement l’activité du cortex auditif droit. Enfin, les performances des participants dans la tâche de reconnaissance pouvaient être prédites seulement en observant l’activité neuronale de ces deux aires.

Extrait original de chant a capella (en bas à gauche) et son spectrogramme (au-dessus, en bleu) décomposé en fonction de la quantité d’informations spectrales et temporelles (au centre). Les cortex auditifs droit et gauche du cerveau (côté droit de la figure) décodent respectivement la mélodie et la parole.
« Ces résultats indiquent que dans chaque hémisphère cérébral, l’activité neuronale est dépendante du type d’information sonore, précise Benjamin Morillon. Si l’information temporelle est secondaire pour reconnaître une mélodie, elle est au contraire primordiale à la bonne reconnaissance du langage. Inversement, si l’information spectrale est secondaire pour reconnaître le langage, elle est primordiale pour reconnaître une mélodie. »
Les neurones du cortex auditif gauche seraient ainsi principalement réceptifs au langage grâce à leur meilleure capacité à traiter l’information temporelle, tandis que ceux du cortex auditif droit seraient, eux, réceptifs à la musique grâce à leur meilleure capacité à traiter l’information spectrale.  « La spécialisation hémisphérique pourrait être le moyen pour le système nerveux d’optimiser le traitement respectif des deux signaux sonores de communication que sont la parole et la musique », conclut Benjamin Morillon.

Ces travaux sont financés par une bourse Banting attribuée à Philippe Albouy, par des subventions des Instituts de recherche en santé du Canada et de l’Institut canadien de recherches avancées accordées à Robert J. Zatorre, et par des financements ANR-16-CONV-0002 (ILCB), ANR-11-LABX-0036 (BLRI) et de l’initiative d’excellence d’Aix-Marseille Université (A*MIDEX).”

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