La neuroscience explore les principes quantiques pour expliquer le "bruit" cérébral

Une nouvelle perspective audacieuse suggère que le "bruit neuronal", traditionnellement considéré comme une anomalie, pourrait en réalité conférer au cerveau une cohérence inattendue, s'inspirant des principes de la mécanique quantique.

Des chercheurs, dont le physicien théorique Partha Ghose et le neuroscientifique Dimitris Pinotsis, ont démontré que les équations classiques décrivant l'activité neuronale peuvent être transformées en une forme de l'équation de Schrödinger, fondamentale en physique quantique. Cette avancée, publiée dans le *Computational and Structural Biotechnology Journal*, ouvre la voie à l'idée que le cerveau pourrait fonctionner, du moins en partie, selon des principes quantiques. Le bruit neuronal, généré par l'ouverture et la fermeture des canaux ioniques, les variations synaptiques et les réponses variables aux stimuli, pourrait ainsi dissimuler des structures plus profondes, similaires aux ondes de probabilité utilisées pour prédire la localisation d'un électron.

Cette approche s'appuie sur l'idée, proposée dès les années 1960 par le mathématicien Edward Nelson, que le mouvement aléatoire, tel que le mouvement brownien, peut être décrit par les mêmes équations que celles qui régissent la physique quantique. Les auteurs définissent ce bruit comme un exemple d'"ordre né du désordre", capable d'ouvrir une nouvelle voie pour comprendre le traitement de l'information par les neurones. Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont commencé par un simple modèle mathématique de marche aléatoire avec dérive. Ils ont découvert que, formulée correctement, l'équation de ce modèle devenait étonnamment similaire à l'équation de Schrödinger et qu'elle était cohérente avec les données expérimentales sur les fluctuations de potentiel électrique dans les neurones réels. Ensuite, ils ont appliqué cette logique à des modèles plus complexes tels que le modèle de FitzHugh-Nagumo, un outil couramment utilisé en neurosciences pour simuler le fonctionnement des neurones et des réseaux. Ils ont démontré que ce modèle, typiquement considéré comme classique, pouvait être reformulé en termes d'équations quantiques en y ajoutant l'élément de bruit.

Cette reformulation quantique offre des corrections aux calculs classiques, notamment pour prédire la variabilité de la fréquence de déclenchement des impulsions ou la récupération après un stimulus. Elle pourrait ainsi fournir des indices plus précis pour expliquer pourquoi le cerveau ne répond jamais deux fois de la même manière à un même signal. L'étude propose également l'introduction d'une "constante neuronale", analogue à la constante de Planck, qui définirait l'échelle des phénomènes quantiques au niveau neuronal. Si cette constante existe et peut être mesurée, elle constituerait une preuve directe de phénomènes quantiques au niveau des neurones individuels.

Les implications théoriques de ces travaux s'étendent au-delà des mathématiques, suggérant que des phénomènes tels que la plasticité neuronale pourraient avoir une composante quantique. Cette théorie pourrait également offrir de nouvelles perspectives pour comprendre des troubles neurologiques comme l'épilepsie ou l'effet des anesthésiques. Bien qu'il s'agisse actuellement d'un développement théorique, ces travaux invitent à un changement de perspective, où la frontière entre le biologique et le quantique pourrait être redéfinie par la capacité à détecter des schémas cachés dans le bruit. Le défi majeur réside désormais dans la traduction de ces idées en expériences de laboratoire capables de mesurer les fluctuations électriques minimales avec des techniques de haute résolution.