Existe-t-il des canaux de communication optiques dans notre cerveau ?

Voici une question intéressante : existe-t-il des canaux de communication optique dans le cerveau ? C'est peut-être une suggestion radicale, mais pour laquelle il y a plus qu'un peu de preuves pour penser qu'elle vaut la peine d'être poursuivie.

De nombreux organismes produisent de la lumière pour communiquer, attirer des partenaires, etc. Il y a vingt ans, des biologistes ont découvert que le cerveau des rats produisait également des photons dans certaines circonstances. La lumière est faible et difficile à détecter, mais les neuroscientifiques ont été surpris de la trouver.

Depuis, les preuves se sont multipliées. Les soi-disant biophotons semblent être produits naturellement dans le cerveau et ailleurs par la désintégration de certaines espèces moléculaires excitées électroniquement. Le cerveau des mammifères produit des biophotons dont la longueur d'onde se situe entre 200 et 1 300 nanomètres, c'est-à-dire du proche infrarouge à l'ultraviolet.

Si les cellules du cerveau produisent naturellement des biophotons, il est naturel de se demander si la nature a profité de ce processus pour transmettre des informations. Pour que cela se produise, les photons doivent être transmis d'un endroit à un autre, et cela nécessite une sorte de guide d'ondes, comme une fibre optique. Alors, quelle structure biologique pourrait remplir cette fonction ?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse en quelque sorte grâce au travail de Parisa Zarkeshian de l'Université de Calgary au Canada et de quelques amis. Ils ont étudié les caractéristiques optiques des axones, les longues parties filiformes des cellules nerveuses, et concluent que la transmission de photons sur des distances centimétriques semble tout à fait possible à l'intérieur du cerveau.

Le travail est une revue des expériences précédentes et des études sur les axones. L’équipe a d’abord examiné une étude qui calculait les propriétés optiques des axones myélinisés en résolvant les célèbres équations électromagnétiques de Maxwell en trois dimensions pour déterminer les propriétés optiques de la cellule.

Cette étude suggère que le revêtement externe d'un axone - sa gaine de myéline - peut agir comme un guide d'ondes pour canaliser les biophotons. Mais cela suggère également qu'un large éventail de facteurs peuvent influencer ce phénomène en diffusant la lumière ou en l'absorbant.

Ces facteurs incluent la manière dont la transmission de la lumière est affectée par les courbures de l'axone, par les changements du rayon de la gaine, par les sections transversales non circulaires, etc.

Zarkeshian et ses collaborateurs concluent que les axones d'une longueur d'environ 2 millimètres, soit environ la longueur des axones du cerveau, pourraient transmettre entre 46 et 96 % des biophotons qui y pénètrent. Il convient de noter que les photons peuvent se propager dans les deux sens : du terminal de l'axone jusqu'à la butte de l'axone ou dans le sens opposé le long de l'axone, disent-ils.

L'équipe calcule ensuite les débits de communication de données que cela permet. Des biologistes ont mesuré des biophotons produits par des cerveaux de rats à raison d'un photon par neurone par minute. Bien que cela ne semble pas beaucoup, il y a 1011 neurones dans un cerveau humain, ce qui suggère qu'il pourrait produire plus d'un milliard de photons par seconde.

Ce mécanisme semble être suffisant pour faciliter la transmission d'un grand nombre de bits d'information, voire permettre la création d'une grande quantité d'intrication quantique, disent Zarkeshian et co.

Bien sûr, il y a de nombreuses incertitudes dans ces calculs. Personne ne connaît les propriétés optiques précises des gaines de myéline, par exemple, car elles n'ont jamais été mesurées.

La meilleure façon d'en savoir plus est de tester les propriétés de transmission optique du tissu cérébral. Zarkeshian et co suggèrent un certain nombre d'expériences simples qui feraient avancer ce domaine. Une façon consiste à éclairer une extrémité d'une fine tranche de cerveau et à rechercher les points lumineux liés aux extrémités ouvertes des axones myélinisés à l'autre extrémité, disent-ils. Il existe également diverses autres approches. C'est quelque chose qu'un neuroscientifique avec du temps libre pourrait assumer.

Tout cela pointe vers une plus grande énigme. Si notre cerveau possède des canaux de communication optiques, à quoi servent-ils ? C'est une question qui est mûre pour la spéculation du ciel bleu.

Une piste de réflexion repose sur le fait que les photons sont de bons porteurs d'informations quantiques. De nombreuses personnes ont émis l'hypothèse que les processus quantiques pourraient être à l'origine de certains des processus les plus mystérieux du cerveau, dont la conscience elle-même n'est pas la moindre. Zarkeshian et co sont clairement amoureux de cette idée.

Mais ce n'est rien de plus qu'une folle spéculation. La communication quantique nécessite beaucoup plus que les canaux de communication optiques. Il doit également exister des mécanismes capables de coder, de recevoir et de traiter les informations quantiques. Il est possible que des molécules sensibles à la lumière existent dans le cerveau mais il y a peu de preuves de cela et encore moins qu'elles servent de processeurs quantiques.

Pourtant, ce type de réflexion est passionnant et mérite d'être poursuivi à un niveau de base. Si la nature produit des biophotons, l'évolution pourrait bien avoir trouvé un moyen de les exploiter. La question est de savoir comment.

Réf : arxiv.org/abs/1708.08887 : Existe-t-il des canaux de communication optiques dans le cerveau ?

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