Et si le corps "écoutait "?

Le son peut moduler l’activité des gènes, selon une étude japonaise

Exposées à des ondes sonores, certaines cellules modifient l’activité de leurs gènes.

Une étude révèle la sensibilité des cellules aux stimuli sonores

Et si notre perception du son ne se limitait pas à l’ouïe? Des chercheurs japonais dévoilent une étonnante sensibilité cellulaire aux vibrations acoustiques. Leur étude montre que certaines ondes sonores peuvent aller jusqu’à modifier l’activité de cellules, ouvrant un nouveau champ d’exploration en mécanobiologie et en biologie acoustique. En d’autres termes, le corps, bien au-delà de l’oreille, pourrait lui aussi " écouter ".

Le son, rappelons-le, se manifeste sous forme d’ondes mécaniques de compression se propageant à travers divers milieux – l’air, l’eau ou encore les tissus organiques. Ces ondes induisent des variations de pression que l’appareil auditif humain, hautement spécialisé, est capable d’interpréter avec une précision remarquable.

Partant de cette réalité physique, des chercheurs de l’Université de Kyoto, dirigés par le Dr Masahiro Kumeta, ont exploré la possibilité que les ondes de pression acoustique, même à des niveaux sonores considérés comme physiologiques, puissent interagir directement avec des cellules vivantes et y déclencher des réponses biologiques mesurables.

L’équipe s’est donc attachée à comprendre comment les cellules pouvaient potentiellement décrypter les signaux véhiculés par le son". Le son est l’une des forces physiques les plus omniprésentes dans la nature ", observent les auteurs de l’étude parue dans la revue Communications Biology.

Pour évaluer les effets du son sur l’activité cellulaire, le Dr Kumeta a détaillé dans un communiqué le dispositif expérimental mis au point: " Nous avons conçu un système qui permet d’immerger des cellules cultivées dans un environnement d’ondes acoustiques contrôlées".

Un dispositif spécifiquement adapté pour une immersion sonore contrôlée

Dans le cadre de leur étude, les chercheurs de Kyoto ont élaboré un montage expérimental sur mesure, destiné à exposer des cultures cellulaires à des ondes acoustiques précisément réglées. Ce dispositif a permis de documenter rigoureusement les réactions biologiques induites.

Le cœur du système est un transducteur de vibrations, installé à l’envers sous une étagère de laboratoire. Habituellement utilisé pour convertir des signaux électriques en vibrations mécaniques, ce transducteur a été relié à un lecteur audio numérique, lui-même connecté à un amplificateur. Cette configuration autorise une génération sonore d’une grande précision, tant en fréquence qu’en intensité.

 

L’onde acoustique ainsi produite est transmise directement dans l’environnement des cellules en culture via un diaphragme conçu spécialement à cet effet. Ce dernier est mécaniquement relié à la boîte de culture contenant des cellules issues de modèles murins. Cette interface physique garantit une diffusion uniforme et précisément contrôlée de la pression acoustique, tout en minimisant les interférences extérieures. Les cellules baignent ainsi dans un bain sonore maîtrisé, offrant aux chercheurs un contrôle expérimental optimal.

Les cultures cellulaires ont été soumises à deux fréquences spécifiques: 440 Hz, qui correspond au "la" musical, et 14 kHz, soit un seuil proche des limites supérieures de l’audition humaine. En parallèle, un groupe témoin a été exposé à du bruit blanc. L’analyse par séquençage ARN, couplée à des techniques de microscopie avancée, a révélé une réactivité acoustique chez près de 190 gènes.

Une suppression de la différenciation des adipocytes

Les réactions observées différaient selon les types cellulaires. Toutefois, un fait marquant est apparu: l’exposition aux ondes sonores a démontré une capacité à supprimer la différenciation des adipocytes. Au cours de ce processus, les préadipocytes, cellules indifférenciées, en viennent à se différencier en cellules adipeuses matures, spécialisées dans le stockage des graisses. Une inhibition qui ouvre des perspectives thérapeutiques prometteuses dans la lutte contre l’obésité.

"Le son étant immatériel, la stimulation acoustique représente un outil non invasif, sécuritaire et immédiat, qui pourrait représenter un outil complémentaire prometteur en médecine", estime le Dr Kumeta.

L’étude met en lumière des réponses cellulaires distinctes selon les caractéristiques acoustiques. Certains gènes réagissent uniquement à une fréquence spécifique, tandis que sept d’entre eux présentent une activation à une fréquence et une inhibition à une autre. Il convient cependant de souligner que la significativité statistique de ces résultats devrait être confirmée par des analyses supplémentaires.

Les chercheurs ont également étudié la forme de l’onde sonore. Des signaux sinusoïdaux, carrés et triangulaires ont été appliqués aux mêmes fréquences. La réponse cellulaire s’est révélée globalement similaire, bien que les ondes sinusoïdales aient produit les effets les plus marqués.

La densité cellulaire s’est également avérée déterminante. Certains gènes réagissaient de manière opposée selon la concentration des cellules exposées. Une exposition prolongée de 24 heures était nécessaire pour constater l’ensemble des effets sur l’expression génique, bien qu’un tiers des changements soit apparu dès les deux premières heures.

Des travaux antérieurs ont déjà suggéré que le bruit blanc pouvait traverser les tissus jusqu’au fœtus chez les mammifères, ce qui laisse envisager une transmission similaire chez l’humain. Cela dit, la signification évolutive des réponses cellulaires observées dans cette étude reste difficile à cerner: une exposition prolongée à une fréquence sonore stable est rare dans les environnements naturels. Reste que plusieurs gènes sensibles aux hautes fréquences (14 kHz) sont associés à des mécanismes de réponse à l’hypoxie.

Cette étude contribue au développement d’un champ de recherche encore émergent: la mécanobiologie, qui explore l’influence des forces physiques sur le comportement cellulaire. En mettant en évidence un lien tangible entre ondes sonores et modulation génétique, elle ouvre de nouvelles perspectives à l’intersection de la physique, de la biologie et de la médecine.

Source: Communications Biology

 

L’hypothèse du libre arbitre est-elle invalidée par la science?

Albert Moukheiber face à Robert Sapolsky

Et si la science pouvait répondre à des problèmes philosophiques lancinants? Enfin traduit en français, le célèbre neurobiologiste américain Robert Sapolsky soutient que le libre arbitre n’existe pas dans son dernier livre, Déterminisme (Arpa, 2025). Le chercheur français Albert Moukheiber, lui-même neuroscientifique et psychologue, auteur de Neuromania (Allary Éditions, 2024), a voulu débattre avec lui de certaines de ses conclusions pour Philosophie magazine. Voici la transcription de leur dialogue.

Albert Moukheiber: Je suis les publications de Robert Sapolsky depuis longtemps, notamment Why Zebras Don’t Get Ulcers ("Pourquoi les zèbres ne développent pas d’ulcères", non traduit, Freeman, 1994) et Behave: The Biology of Humans at Our Best and Worst ("Tiens-toi bien! La biologie humaine pour le meilleur et pour le pire ", non traduit, Penguin, 2017) et j’ai lu Déterminisme. Une science de la vie sans libre arbitre dès sa parution en anglais (sous le titre Determined), mais je suis ravi que ses travaux commencent à être traduits et accessibles au lectorat francophone.

Comme Oliver Sacks, l’auteur de L’Homme qui prenait sa femme pour un chapeau (1985), je le considère comme l’un des meilleurs auteurs scientifiques de notre époque – d’autant plus qu’il m’intéresse également par rapport à ma pratique de psychologue clinicien. Pour en revenir à Déterminisme, il me semble que l’ouvrage est divisé en deux parties: une première, scientifique, est consacrée à la science du libre arbitre, et j’ai -sur elle- quelques réserves, tandis qu’une seconde, tout aussi intéressante que la première dont elle tire les conséquences, adopte une position résolument politique et sociale. Mes réserves portent sur ce point: quand on parle de "libre arbitre", il faut définir précisément ce qu’on entend par là.

Or il me semble que vous le pensez comme un équivalent du "premier moteur" d’Aristote, un début absolu qui donne l’impulsion initiale d’un mouvement. Mais on n’est pas obligé de placer la barre aussi haut, car en procédant ainsi, on a beau jeu ensuite de considérer que rien ne remplit de telles conditions… Alors que si on la plaçait plus bas, il serait sans doute possible d’admettre quelque chose comme un libre arbitre.

“uand on parle de ‘libre arbitre’, il faut définir précisément ce qu’on entend par là” Albert Moukheiber

Robert Sapolsky: À un niveau empirique, je demande qu’on me montre un seul comportement qui soit complètement indépendant de toute influence liée à la génétique, aux hormones, aux conditions socio-économiques, à l’environnement, à l’histoire personnelle, à ce qui a été consommé au petit-déjeuner, à la paire de chaussettes portée, etc. Ce n’est pas qu’une affaire de neurosciences, car c’est l’interconnexion de toutes ces données qu’il faut alors prendre en considération. Or la plupart des philosophes – mais aussi des juristes – sont ce que j’appelle des "compatibilistes", c’est-à-dire que sans nier l’existence de ces déterminations, ils maintiennent quand même que le libre arbitre existe. Daniel Dennett, par exemple, conserve le principe de la possibilité d’un choix. Or comment un choix pourrait-il exister, sinon par magie?

1. M.: J’ai pensé en vous lisant au démon de Laplace, cette expérience de pensée proposée par le savant français Pierre-Simon de Laplace (1749-1827) qui imaginait un esprit capable de connaître et de prédire toutes les positions et tous les mouvements de tous les atomes de l’univers. Or on sait que les théories du chaos nous empêchent de valider cette hypothèse de prédictibilité totale. Mais il est possible de définir autrement le libre arbitre: en psychologie, le libre arbitre est compatible avec la métacognition, c’est-à-dire la prise de conscience qu’on a sur ses propres processus mentaux. Il ne s’agit pas de prétendre que le libre arbitre surgit de nulle part, mais qu’il s’agit plutôt de feedback loops [boucles de rétroaction], c’est-à-dire qu’il s’établit à partir de mécanismes de rétroactions qui permettent une forme de délibération métacognitive et, in fine, de volonté.

Horloges biologiques: comment savons-nous que le temps passe?

Beatriz Flamini, une athlète espagnole, est sortie en avril d’un séjour de 500 jours dans une grotte – probablement le séjour le plus long entrepris dans les entrailles de notre planète. Elle a perdu le sens du temps au 65e jour, raconte-t-elle. Enfin, peut-être le 65e. Ce n’est pas la première expérience du genre et, en 1962, quand le français Michel Siffre ressort du gouffre de Scarasson en Italie, il pense qu’il y a passé 33 jours, alors qu’il y sera resté 58 journées effectives.

Comment et pourquoi l’être humain, isolé, peut-il garder trace d’un temps, certes régulier, mais désynchronisé de l’environnement? Parce que les rythmes biologiques sont au cœur de la vie, qu’ils régulent du niveau moléculaire jusqu’au niveau des organismes.

Chez les êtres humains, les rythmes journaliers incluent non seulement les cycles d’activité veille/sommeil, mais également la température corporelle, la sécrétion de nombreuses hormones, le métabolisme, le système cardiovasculaire, pour n’en citer que quelques-uns.

Et ces rythmes ont de nombreuses répercussions, notamment en santé publique. Certaines maladies sont épisodiques, telles que l’asthme, plus sévère la nuit, ou les accidents cardiovasculaires, plus fréquents le matin. Autre exemple, le travail posté (en 3x8 heures): il désynchronise l’humain par rapport à son environnement et pourrait être associé à un risque accru de différents cancers chez les travailleurs, amenant l’OMS à le déclarer comme probablement cancérigène.

Enfin, les rythmes sont également impliqués dans les interactions que nous avons avec d’autres espèces. Par exemple, la maladie du sommeil (ou "trypanosomiase humaine africaine"), est un trouble de notre rythme journalier causé par le parasite Trypanosoma brucei, dont le métabolisme est également journalier – tout comme notre immunité.

En matière de temps, nous sommes donc profondément liés à notre environnement et aux espèces qui l’occupent.

QU’EST-CE QUI DONNE LE TEMPO AUX ORGANISMES?

Les rotations de la Terre, de la Lune et du soleil génèrent des cycles environnementaux qui ont favorisé la sélection d’horloges biologiques. Une horloge biologique est un mécanisme interne aux organismes, qui en l’absence de signal environnemental fonctionne à sa fréquence propre, d’où le préfixe circa –, signifiant environ, accolé aux noms des horloges. Ce sont ces horloges internes qui produisent les rythmes biologiques et organisent temporellement les systèmes vivants, qu’il s’agisse notamment du comportement, de la physiologie ou de la reproduction. L’alternance régulière du jour et de la nuit a, par exemple, favorisé l’évolution de l’horloge circadienne (circa: environ; diem: le jour).

Le mécanisme de l’horloge circadienne a d’abord été découvert chez une mouche, la drosophile, entre les années 1980 et les années 2000. Elle repose sur des boucles de rétrocontrôle dans la transcription et la traduction de quelques gènes – un gène A influence l’expression d’un gène B qui à son tour influence l’expression du gène A – dont l’expression dès lors oscille.

Ce qui donne le tempo aux organismes, ce sont donc leurs gènes, qui sont activés ou inhibés de manière cyclique. Chez la drosophile, au niveau moléculaire, les protéines CLOCK (CLK) et CYCLE (CYC) forment un hétérodimère qui, dans le noyau des cellules, se lie à la région promotrice des gènes period (per) et timeless (tim). Ces gènes sont alors transcrits en ARN, exportés dans le cytoplasme puis traduits en protéines. Ces protéines forment à leur tour un hétérodimère (PER:TIM), sont transportées dans le noyau, et inhibent les protéines activatrices CLOCK et CYCLE.

En journée, la lumière dégrade la protéine TIM via l’action d’un photorécepteur (une autre protéine, "cryptochrome"), et en l’absence de TIM, PER sera également dégradée. La dégradation des protéines PER et TIM permet aux protéines CLK et CYC d’assurer à nouveau leur action activatrice, démarrant ainsi un nouveau cycle. Enfin, une deuxième boucle, liée à la première, fait intervenir des gènes qui contrôlent l’expression du gène clock.

Ces gènes sont au cœur du mécanisme horloger, qui, dans son ensemble, repose sur un réseau moléculaire complexe. C’est la régulation fine de l’ensemble des molécules de l’horloge qui en assure le timing et la précision.

Il n’y a pas une seule horloge circadienne, les gènes horlogers varient en fonction des espèces. Mais le principe reste le même: des gènes dont l’expression oscille. Les rythmes biologiques ont été décrits dans tous les taxa (groupes d’organismes) étudiés jusqu’à présent, ce qui inclut les cyanobactéries, les champignons, les plantes, et les animaux, humains compris.

Par ailleurs, différents donneurs de temps (zeitgebers) synchronisent l’organisme avec son environnement: la lumière (qui est le donneur de temps le plus décrypté à ce jour), la température, la nourriture notamment.

UNE HORLOGE INTERNE QUE L’ENVIRONNEMENT AIDE A METTRE A L’HEURE

Une implication très concrète de cette horloge circadienne concerne par exemple le décalage horaire. Il s’agit du décalage entre le temps interne de l’organisme et le temps du fuseau horaire dans lequel il se trouve.

Les signaux environnementaux en général, et la lumière en particulier, vont permettre de resynchroniser l’individu: la lumière perçue en fin de nuit permet d’avancer l’horloge, tandis que la lumière perçue au début de la nuit permet de la retarder. Celle perçue au cours de la journée n’a pas d’effet. Chez l’humain, la lumière n’est pas perçue directement par l’horloge moléculaire, mais est captée au niveau de la rétine puis transmise par la voie rétino-hypothalamique à une horloge centrale, où elle modulera la synthèse des protéines de l’horloge. Par ailleurs, le système n’est pas extensible à souhait, il faut approximativement une journée au corps humain pour s’adapter à une heure de décalage.

Chez Homo sapiens, le temps interne étant en moyenne de 24,2 heures, il nous est plus facile de voyager vers l’ouest et d’allonger nos journées, que de voyager vers l’Est et de les raccourcir. C’est aussi pour cela que les athlètes et chercheurs qui s’isolent dans les profondeurs de la Terre finissent par être désynchronisés par rapport à la vie en surface, et perçoivent finalement moins de journées que les jours solaires de 24 heures.

DES HORLOGES SAISONNIERES

L’horloge circadienne n’est pas le seul mécanisme horloger qui existe dans la nature. De nombreux processus biologiques sont saisonniers, comme la migration de certains oiseaux et insectes, la reproduction de nombreuses espèces animales et la floraison chez les végétaux, ou l’hibernation.

Cette saisonnalité est généralement multifactorielle, et l’un des facteurs impliqués est pour de nombreuses espèces une horloge circannuelle. Le mécanisme de cette horloge n’est pas encore élucidé.

LES RYTHMES COMPLEXES DANS L’OCEAN

De manière similaire, les mécanismes horlogers chez les espèces marines sont encore inconnus. Une des raisons de cette ignorance réside dans le fait que les océans présentent une structure temporelle complexe. En effet, les organismes marins sont exposés au cycle solaire de l’alternance jour/nuit, auquel se superpose toute une série de cycles lunaires, le plus marquant étant le cycle des marées dit tidal (de période de 12,4 heures ou 24,8 heures). Le jour lunaire, soit le temps nécessaire à la terre pour faire une révolution complète autour de son axe par rapport à la lune (24,8 heures) et les cycles semi-lunaire et lunaire (14,8 jours/29,5 jours), liés aux phases de la lune, modulent également fortement l’environnement marin, via la lumière et les marées. Enfin, les saisons affectent également ces écosystèmes.

Échantillonner dans les grands fonds marins est toujours un défi technique: ces grands fonds sont difficilement accessibles, plongés dans l’obscurité, et soumis à de très fortes pressions. Cela nécessite un submersible, ici le ROV Victor6000, pour y accéder. JY Collet -- Bienvenue Productions -- Ifremer, publié dans Nature Communications, CC BY

Prélèvement et préservation des échantillons à l’aide du ROV

Pour étudier les rythmes biologiques des moules hydrothermales dans des conditions écologiquement réalistes, un protocole innovant a été mis en place. Les moules ont été échantillonnées à l’aide du ROV puis préservées directement sur le plancher océanique, à 1700 m de profondeur, dans une solution permettant de "geler" leur temps biologique. Ces prélèvements ont été réalisés sous lumière rouge et de manière très précise, toutes les 2h 04min pendant 24h 48min. Ifremer, campagne MOMARSAT 2017, publiée dans Nature Communications, CC BY

Bien que complexe, la structure temporelle des environnements marins est néanmoins prédictible, car basée sur des cycles astronomiques, et des rythmes biologiques liés à tous ces cycles ont été décrits chez des espèces marines. De nombreux coraux, par exemple, synchronisent leur reproduction, en pondant une fois par an, sur une fenêtre de temps très courte, couvrant une ou quelques nuits. Des vers marins essaiment précisément une fois par mois, aux heures les plus sombres de la nuit, pour initier leur danse reproductrice avant d’émettre leurs gamètes et mourir.

Et les rythmes biologiques ne sont pas limités au milieu côtier. Ainsi, nous avons récemment mis en évidence des rythmes au niveau du comportement et de l’expression des gènes à 1700 mètres de profondeur, chez une moule vivant sur les sources hydrothermales de la ride médio-atlantique. Ces travaux montrent que l’orchestration temporelle de la physiologie est probablement essentielle, même dans les environnements les plus extrêmes tels que les grands fonds marins.

Auteur: Audrey Mat - Researcher in marine biology and chronobiology, Universität Wien

The Conversation - CC BY ND