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Human Brain Project: les dessous d’une folle aventure

Mis en ligne le 31.01.2013 à 06:00

STRATEGIE Henry Markram, à l’origine du Human Brain Project, offre à l’EPFL un nouveau défi à relever à l’échelle mondiale.

STRATEGIE Henry Markram, à l’origine du Human Brain Project, offre à l’EPFL un nouveau défi à relever à l’échelle mondiale.

PATCH-CLAMP Mesure du comportement de 12 neurones en même temps.

PATCH-CLAMP Mesure du comportement de 12 neurones en même temps.

SYNAPSES De gauche à droite: Dominique Arlettaz (recteur de l’UNIL), Henry Markram (codirecteur du HBP, EPFL), Richard Frackowiak (codirecteur du HBP, CHUV-UNIL), Patrick Aebischer (président de l’EPFL) et Fritz Schiesser (président du conseil des EPF).

SYNAPSES De gauche à droite: Dominique Arlettaz (recteur de l’UNIL), Henry Markram (codirecteur du HBP, EPFL), Richard Frackowiak (codirecteur du HBP, CHUV-UNIL), Patrick Aebischer (président de l’EPFL) et Fritz Schiesser (président du conseil des EPF).

RECONNAISSANCE Henry Markram avec la commissaire européenne Neelie Kroes au palais de Berlaymont, à Bruxelles.

RECONNAISSANCE Henry Markram avec la commissaire européenne Neelie Kroes au palais de Berlaymont, à Bruxelles.

  1. Human Brain Project: les dessous d’une folle aventure

    STRATEGIE Henry Markram, à l’origine du Human Brain Project, offre à l’EPFL un nouveau défi à relever à l’échelle mondiale.  © Olivier Hoslet, Keystone
  2. Human Brain Project: les dessous d’une folle aventure

  3. Human Brain Project: les dessous d’une folle aventure

    PATCH-CLAMP Mesure du comportement de 12 neurones en même temps. © Thierry Parel
  4. Human Brain Project: les dessous d’une folle aventure

    SYNAPSES De gauche à droite: Dominique Arlettaz (recteur de l’UNIL), Henry Markram (codirecteur du HBP, EPFL), Richard Frackowiak (codirecteur du HBP, CHUV-UNIL), Patrick Aebischer (président de l’EPFL) et Fritz Schiesser (président du conseil des EPF). © Jean-Christophe, Keystone
  5. Human Brain Project: les dessous d’une folle aventure

    RECONNAISSANCE Henry Markram avec la commissaire européenne Neelie Kroes au palais de Berlaymont, à Bruxelles. © MAX PPP

NEUROSCIENCES. Retenu par l’Union européenne qui lui verse quelque 500 millions d’euros sur dix ans, le Human Brain Project de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne va fortement monter en puissance. Il est le...

NEUROSCIENCES. Retenu par l’Union européenne qui lui verse quelque 500 millions d’euros sur dix ans, le Human Brain Project de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne va fortement monter en puissance. Il est le résultat d’un pari fou qui fait de la grande école le pivot d’une entreprise aux dimensions planétaires.

Une fois n’est pas coutume, ce lundi 28 janvier 2013, le palais de Berlaymont, à Bruxelles, vibre généreusement aux couleurs de la Suisse. C’est là que, devant une centaine de journalistes de tous horizons, la commissaire européenne Neelie Kroes confirme que le Human Brain Project (HBP), piloté par l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), est l’un des deux lauréats du concours européen distinguant les meilleurs projets de technologies futures et émergentes (FET). Avec à la clé une confortable dotation de 500 millions d’euros pour chacun des heureux gagnants, le second (Graphene) étant un projet suédois qui vise à exploiter les multiples possibilités d’un nouveau matériau dans l’informatique.

Durant une conférence de presse d’une bonne heure à laquelle participent, aux anges, les principaux acteurs suisses et européens du projet, il est surtout question d’argent. Le coût du HBP est estimé à 1,19 milliard d’euros sur dix ans (lire l’encadré «D’où viendra le milliard»). Mais, au-delà de la finance, le nerf de la paix, c’est, aux yeux des acteurs concernés, la poursuite programmée d’une fabuleuse histoire amorcée il y a quelque douze ans. L’enjeu est de taille. Les 23 pays concernés par cette initiative collective qui tente de comprendre comment fonctionne le cerveau humain en le simulant sont impliqués dans l’une des aventures scientifiques les plus prometteuses et aussi les plus risquées de ce début de millénaire. Patrick Aebischer, président de l’EPFL, ne cache pas son enthousiasme: «Mon rêve se réalise aujourd’hui: être l’interface entre les neuro-sciences, l’ingénierie, les systèmes de communication, les mathématiques.» Une sorte de CERN du cerveau.

Sur la route du MIT.

Rien ne serait arrivé sans Henry Markram, dont la venue à l’EPFL s’est jouée à quelques jours près. Fin 2001, Wulfram Gerstner, alors professeur assistant au sein du Brain Mind, l’un des quatre instituts de la faculté des sciences de la vie de l’EPFL créée par Patrick Aebischer et le vice-président de recherche Stefan Catsicas, a remarqué Henry Markram, dont le nom commence à peine à émerger dans la communauté scientifique. Ce jeune chercheur est né le 28 mars 1962 en Afrique du Sud, où il a grandi et étudié à l’Université du Cap jusqu’en 1987. Une année plus tard, il entre à l’Institut Weizmann, à Rehovot, une université israélienne spécialisée dans la formation de docteurs dans le domaine scientifique.

Après des expériences de chercheur postdoctoral aux Etats-Unis et à l’Institut Max Planck, à Heidelberg (Allemagne), où il s’intéresse déjà aux connexions entre les neurones, il enseigne notamment à l’Université de Stanley et à l’Institut Weizmann de 1998 à 2001. Mais la biologie pure et dure ne le satisfait plus. Il souhaite l’associer à l’ingénierie et aux nouvelles technologies. Il vise désormais un centre à la mesure de ses ambitions: le très célèbre Institut de technologie du Massachusetts (MIT), près de Boston.

Wulfram Gerstner informe Patrick Aebischer et Stefan Catsicas, chargé de recruter les perles à l’EPFL et de lancer des programmes transdisciplinaires. Ces derniers décident de recevoir, durant deux jours en janvier 2002, Henry Markram, qu’ils s’efforcent de convaincre de ne pas poursuivre sa route vers le MIT.

«Votre école est fantastique, mais j’ai fait mon choix, je vais à Boston», écrit en substance le chercheur à Stefan Catsicas, qui découvre ce désolant courriel chez lui à 4 heures du matin. «Tu ne pourras prendre ta décision que lorsque tu auras vu le potentiel transdisciplinaire l’EPFL, et pas seulement ses président et vice-président», lui répond Stefan Catsicas. Bingo! Markram accepte de revenir. Aebischer et Catsicas lui présentent alors tous les départements de la grande école, leurs responsables, chercheurs, ingénieurs, de la micro- à la nanotechnologie en passant par l’informatique et la biologie. Les grandes orgues.

«Tu as le choix entre être un petit poisson dans un grand étang, ou un gros poisson dans un petit étang», suggère Patrick Aebischer à Henry Markram. Tout en faisant le pari, dans son for intérieur, que l’étang en question pourrait bien un jour devenir un océan de la connaissance scientifique! La cause est entendue. Le chemin de Boston s’arrête à Ecublens.   

Blue Gene, Blue Brain.

Commence alors, dès 2002, l’aventure du Blue Brain, littéralement le «cerveau bleu». Pour mener à bien son projet de simulation du cerveau humain, Henry Markram a besoin de puissants outils informatiques. Il s’associe au géant IBM, qui vient de développer Blue Gene, une architecture de superordinateurs cofinancés par le Département américain de l’énergie. Blue Gene, Blue Brain, même couleur, même combat. Qui plus est, Patrick Aebischer voit d’un bon œil l’introduction dans sa haute école de machines hautement performantes et acquises à prix réduit, car ce sont des prototypes. IBM s’engage à livrer en dix ans quatre superordinateurs. Quant à Henry Markram, il s’entoure d’une équipe de quelque 35 collaborateurs de toutes les nationalités, des physiciens, biologistes, informaticiens et mathématiciens, quasiment tous doctorants et postdoc. Chacun, fort de sa discipline, doit s’initier au métier de l’autre.

«Un visionnaire charismatique doublé d’un neurobiologiste de premier plan.» C’est ainsi que Pierre Magistretti, alors directeur du Brain Mind, qualifie aujourd’hui Henry Markram. Et, comme tout visionnaire, il entreprend ce que personne n’a encore osé faire. Nous sommes en 2004. Markram fait une proposition tout à fait inhabituelle à l’un de ses doctorants. «Si on laissait sur l’installation d’expérimentation nos tranches de cerveau de rat douze bonnes heures? On pourrait voir le lendemain ce que cela donne!» Ce genre d’expérience ne dure en général pas plus de quelques heures. Le résultat est édifiant. Le lendemain, de nouvelles connexions interneuronales apparaissent au grand jour, des mécanismes inattendus se manifestent à l’analyse. Ce qui permet au doctorant de rédiger plus tard un article scientifique qui sera publié dans PNAS, la prestigieuse revue scientifique américaine. «Henry Markram sort des sentiers battus, ce qui permet à certaines idées de faire avancer la science par sauts quantiques», relève aujourd’hui l’ex-doctorant de l’EPFL.

Attaque, contre-attaque.

Blue Brain Project (BBP), au fur et à mesure de sa montée en puissance, suscite de l’enthousiasme, surtout à l’étranger, mais aussi des critiques, surtout en Suisse. «La capitale suisse des neurosciences n’est pas Lausanne», disent à Stefan Catsicas certains ténors de la science. «Le Blue Brain, c’est de l’informatique et de la modélisation qui n’a rien à voir avec la science expérimentale», dénoncent d’autres voix critiques. «Faux! La modélisation est un cata-lyseur des neurosciences expérimentales. Les deux approches se nourrissent mutuellement», réplique Pierre Magistretti. Parmi les opposants, le Sud-Africain Kevan Martin, codirecteur de l’Institute of Neuroinformatics (INI), à Zurich, affirme que l’approche de la simulation opérée par Markram est trop détaillée et ne permet pas de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau que les observations biologiques. A se concentrer sur les arbres, les chercheurs du BBP ne verraient plus la forêt. Dans un courriel repris par la revue Nature, Kevan Martin écrit que, si une colonne corticale a bien été simulée, elle n’est connectée à rien et ne révèle rien de significatif. Ce à quoi Markram rétorque que les capacités du BBP sont «en constante augmentation». Des lettres de lecteurs sont envoyées au Tages-Anzeiger. Elles sont signées par Kevan Martin et son ami le neuro-informaticien Rodney Douglas. Lequel a été le directeur de thèse et mentor de Markram au Cap. Une vraie tragédie grecque!

Un autre événement va donner du grain à moudre aux sceptiques: la prestation, en juillet 2009, de Markram à la célèbre conférence TED (Technology, Entertainment and Design). Il s’agit d’une sorte de «propagateur d’idées» qui, tous les ans à Monterey, en Californie, invite des personnalités dans les domaines les plus divers et met leurs meilleures conférences sur son site web. A cette occasion, le chercheur de l’EPFL se livre à des réflexions prospectives et à des promesses qui ne manquent pas de heurter les moins imaginatifs de ses confrères des neuro-sciences (lire l’encadré: «Pourquoi simuler un cerveau humain»).

Un ambassadeur de choc.

Pour contrer ces attaques, Pierre Magistretti ne ménage pas sa peine. Fort de son autorité morale et scientifique – il est alors notamment président de la Fédération européenne des neurosciences et secrétaire général de l’International Brain Research Organisation –, le directeur du Brain Mind se fait l’ambassadeur convaincu et déterminé du Blue Brain Project. Lequel devient le Human Brain Project (HBP) lorsque, en décembre 2009, l’Union européenne annonce qu’elle va mettre au concours une bourse FET approchant le milliard d’euros.

Sur les 26 projets déposés le 4 décembre 2010, l’UE retient notamment deux défis de l’EPFL en mai 2011, dont il ne restera finalement que le HBP. Une œuvre qui consiste, comme le dit Henry Markram, à «construire un puzzle géant avec beaucoup de pièces manquantes». Présentement chef de projet du HBP, Felix Schürmann observe de son côté qu’«avant même le démarrage du programme, les préparatifs ont déclenché une kyrielle d’idées nouvelles et de colla-borations dans tous les domaines».

Parmi ces collaborations, l’EPFZ n’est pas en reste, même si la grande école zurichoise peut regretter de ne pas avoir décroché la timbale européenne. C’est notamment elle qui gère le Swiss Supercomputing Centre récemment installé dans un bâtiment flambant neuf à Lugano, qui apporte une contribution non négligeable au développement du HBP. Ralph Eichler, président de l’EPFZ, le souligne clairement: «Ce choix de l’UE est une bonne nouvelle pour les deux écoles polytechniques fédérales. Et pour la place scientifique suisse dans son ensemble.»

Par ailleurs, deux hommes du Blue Brain Project, Stefan Catsicas et Pierre Magistretti, collaborent tous les deux à la King Abdullah University of Science and Technology (Kaust, dont Stefan Catsicas est devenu le recteur), en Arabie saoudite, qui a conclu en décembre dernier un accord avec l’EPFL (lire L’Hebdo du 13 décembre 2012). Dotée d’une technologie de modélisation, simulation et visualisation unique au monde dans sa réalisation, Kaust, avec ses supercalculateurs, va s’impliquer fortement dans le HBP.

Le projet Neuropolis.

C’est donc un réseau mondial de connaissances et de technologies de pointe qui va converger vers Neuropolis, un ambitieux projet de l’arc lémanique dans les neurosciences qui réunit les Universités de Lausanne (UNIL) et de Genève (UNIGE) ainsi que l’EPFL. Deux sites devraient être érigés, l’un sur le campus de l’UNIL, probablement près du bâtiment Amphimax, l’autre à Genève, avec le concours de l’UNIGE et des Hôpitaux universitaires (HUG). Un programme évalué à 110 millions de francs, dont 35 millions vont être débloqués par le canton de Vaud, le reste étant financé par la maison Rolex et la Confédération. Le Human Brain Project n’est donc pas seulement un pari fou sur une meilleure compréhension du fonctionnement du cerveau humain. Il devrait avoir des retombées médicales, technologiques et économiques d’une ampleur insoupçonnée.


VISION

Pourquoi simuler un cerveau humain

Pourquoi construire un modèle informatique du cerveau humain? Lors d’une conférence TED (Technology, Entertainment and Design) à Monterey, en Californie, en juillet 2009, Henry Markram a donné trois raisons:

«La première est qu’il est essentiel pour nous de comprendre le cerveau humain si nous voulons cohabiter harmonieusement en société, et je crois qu’il s’agit d’une étape clé de l’évolution.

La deuxième raison est que nous ne pouvons pas continuer à faire des expériences sur des animaux éternellement. Nous devons donc réunir toutes nos données et toute notre connaissance dans un modèle fonctionnel. Comme l’Arche de Noé, c’est une sorte d’archive.

La troisième raison est qu’il y a 2 milliards de personnes sur la planète qui sont atteintes d’un trouble mental et que les drogues que nous utilisons présentement sont en grande partie empiriques. Je crois que l’on peut en arriver à des solutions très concrètes sur la manière de traiter ces troubles.»


FINANCEMENT

D’où viendra le milliard?

Milliardaire, l’EPFL? Pas vraiment! Il a toujours été prévu que l’Union européenne et le consortium pilotant le navire amiral sélectionné se partagent les coûts, à raison de 50% pour chacun des partenaires. Mais jamais le financement du projet Human Brain n’a paru en si bonne voie.

D’une part, l’UE assurera comme prévu sa part de 500 millions d’euros sur dix ans, à en croire la commissaire aux nouvelles technologies, Neelie Kroes. D’abord par un crédit déjà débloqué de 54 millions, puis à travers son huitième programme-cadre sur la recherche, s’étalant sur sept ans et appelé Horizon 2020, qui se chiffrera entre 60 et 80 milliards d’euros.

D’autre part, les pays et hautes écoles représentées dans le consortium du projet – soit la Suisse, mais aussi l’Allemagne (le plus gros contributeur), la France, le Royaume-Uni, la Suède et Israël, notamment – devront financer le reste du projet, devisé au total à 1,19 milliard d’euros.

La Confédération, plus précisément le conseil des EPF, a déjà prévu un crédit d’environ 20 millions de francs par an dans le message FRI (Formation, recherche et innovation), portant au total sur 26 milliards de francs pour la période 2013-2016. Cela sans compter toutes les prestations en nature – personnel et équipement – que les partenaires du projet pourront aussi comptabiliser. Dès lors, Human Brain ne se fera pas au détriment d’autres projets suisses.

Lors de la conférence de presse de l’UE annonçant le nom des vainqueurs, la commissaire Neelie Kroes s’est félicitée de la victoire du projet de l’EPFL, même si celui-ci est dirigé depuis un pays non membre. «Vous, les Suisses, vous êtes des Européens et vous contribuez pleinement à l’excellence de notre recherche», a-t-elle souligné. Cette année, la Suisse doit renégocier sa participation au programme-cadre Horizon 2020, qui portera au total sur quelque 4 milliards de francs en sept ans. «Le choix de Blue Brain comme projet phare de l’UE constitue un signal très positif, qui devrait également faciliter un nouvel accord», déclare Jürg Burri, vice-directeur au Secrétariat à la formation, à la recherche et à l’innovation (SEFRI).

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