Les mécanismes de la débilité de l'intelligence
J. LEJEUNE
Extrait de " Biologie Génétique " Paris. L'Expansion, éditeur. 1972.
Sommaire
En analysant les contraintes auxquelles satisfont toutes les machines capables de simuler certains effets de l'intelligence, une classification des troubles primaires est proposée. L'importance de la vitesse d'interrogation des circuits permet de proposer un modèle biochimique fondé sur l'interférence de certaines molécules avec les surfaces sensibles des synapses et des relais de transmission. Un modèle heuristique est proposé, tant pour la configuration électronique des synapses que pour l'investigation systématique de perturbations métaboliques localisées.
Bien que nous connaissions un très grand nombre d'affections susceptibles de provoquer la débilité de l'intelligence, nous ne savons presque rien du mécanisme de cette amputation de l'esprit.
Même dans la maladie la mieux étudiée, la phénylcétonurie. la certitude du déterminisme génétique, l'évidence du trouble chimique et même la décou-verte d'une thérapeutique efficace n'ont point encore permis de répondre à la question naïve : mais pourquoi de tels malades ne sont-ils pas intelligents ?
Répondre à cette question serait d'une importance extrême car en détectant le point d'impact de la maladie, le médecin pourrait entreprendre une action palliative, même sans connaître entièrement le fonctionnement cérébral : un peu comme un dépanneur remet en marche une automobile par un froid matin d'hiver en rechargeant la batterie, sans trop se préoccuper des lois de l'électrochimie à basse température.
Pour modeste qu'elle soit, une telle démarche im-pose cependant un minimum de savoir faire et requiert un modèle, aussi rudimentaire soit-il, afin de raisonner sur l'origine des accidents.
L'intelligence et la machine
Devant l'impérieuse urgence de traiter les malades. il ne peut être question d'attendre que la patiente approche des neurologues et des neurophysiologistes ait suffisamment éclairé les étranges rapports entre le système nerveux et les fonctions de l'esprit. Force est donc de se contenter d'un modèle inventé, à savoir les machines à simuler certains effets de l'intelligence.
On a tant écrit sur le cerveau et la machine qu'il peut paraître vain de reprendre ce parallèle. Mais peut-être serait-il profitable d'en cerner d'abord les insuffisances pour voir ensuite si l'on pourrait en tirer un enseignement pratique.
La complexité des systèmes
Que le cerveau humain soit beaucoup plus complexe qu'un grand ordinateur ressort de simples chiffres. Notre cerveau contient peut-être 1010 à 1011 neurones. Comme chacun d'eux est relié à plusieurs centaines ou plusieurs milliers d'autres, on peut esti-mer que le total des connexions s'élève à quelque 1012 ou 1013. Cet ordre de grandeur surpasse des milliers de fois le nombre des composants des plus puissantes machines.
D'autre part. le fonctionnement électronique des ordinateurs paraît fondamentalement différent des réactions biochimiques des éléments nerveux.
Mais cette différence même est d'un grand intérêt puisqu'elle démontre que des processus rappelant ceux de l'intelligence peuvent mettre en jeu des pro-priétés fort diverses de la matière.
Alors que l'ordinateur utilise un flux dirigé d'électrons qui passe ou ne passe pas au travers d'un composant selon l'état de celui-ci, la simple machine de Pascal ne fait appel qu'à l'invariance géométrique d'un matériau solide façonné en roues et tringlerie. D'autres dispositifs fondés sur la dynamique des fluides sont constitués de jets orientés selon des déviations variables, alors que les engins à laser mettent en œuvre des effets photoniques et que cer-tains systèmes reposent sur la migration dirigée d'une bulle magnétique.
Quelle que soit, si l'on peut ainsi parler, la physiologie de ces systèmes on s'aperçoit qu'ils répondent tous à certaines caractéristiques apparemment impératives.
Les conditions de fonctionnement
1) Tous les systèmes connus sont constitués d'un enchaînement d'effets en cascades, strictement déterminés et constituant un réseau extrêmement complexe et rigoureusement établi. C'est-à -dire que tous ces engins possèdent en commun une multitude de circuits ayant potentiellement une signification logique.
2) Tous sont capables d'orienter des enchaîne-ments d'effets en excluant toute diffusion parasite. C'est-à -dire que chacun des circuits possibles comporte des aiguillages dont le jeu définit le chemin à parcourir et que toutes les liaisons à distance sont correctement isolées les unes des autres.
3) Tous sont faits de composants ayant une action strictement ponctuelle et localisée, toujours la même. et toujours déclenchée dans des conditions identiques. C'est-à -dire que chaque pièce obéit strictement à sa loi d'action propre.
4) Enfin, chaque chaîne d'effets se déroule dans un temps précis afin que ses conséquences puissent être confrontées avec les résultats obtenus par un autre circuit. C'est-à -dire que la vitesse des proces-sus élémentaires est d'une importance absolue et ne peut être modifiée.
Comme toutes les machines connues satisfont à ces contraintes, sous peine d'inefficacité, il paraît plausible de supposer que le substratum de l'intelli-gence réponde à ces mêmes nécessités.
Une telle analogie reste forcément très grossière puisqu'aussi bien les machines ne simulent que certains effets de l'esprit, mais il se pourrait que les " pannes " des machines puissent nous permettre de discerner le point d'impact de certaines affections qui font d'un malade un débile mental.
Les défaillances du réseau
Les délabrements de structure
La constatation la plus élémentaire pourrait être l'absence d'une partie du réseau. Ainsi l'arrhinencéphalie de la trisomie 13, l'agénésie du corps calleux de la trisomie 18. correspondent à des défauts de constitution. De même dans les destructions secondaires par anoxie, par hémorragie, par infection, ou même par laminage sous la pression hydraulique d'une hydrocéphalie, c'est la défaillance de tout ou partie du réseau qui rend compte du déficit.
Ici, pour réparer, il faudrait réactiver les processus embryonnaires pour obtenir une " repousse " une régénération, qu'aucun indice ne permet d'espérer dans un proche avenir. Une autre possibilité serait d'utiliser les extraordinaires suppléances observées dans certaines destructions étendues. Quand on remarque que tout homme bien portant perd chaque jour quelques milliers de neurones, on ne peut s'empêcher de penser qu'aucune machine, si perfectionnée soit-elle, ne résisterait à cette dégradation continue. Mais la façon dont ces suppléances peuvent être mises en œuvre nous est totalement inconnue.
Les insuffisances de circuits
Des accidents comparables, bien que beaucoup plus fins, pourraient porter sur l'élaboration des circuits entre neurones. Une partie des différences innées pourraient être sous la dépendance de la qualité des circuits constitués au cours du développement de l'individu ; bien au-delà des mises en place embryonnai-res, éventuellement jusqu'à l'âge de raison qui correspond à la fin de la myélinisation des gaines et à l'établissement de la plupart des connexions. Il se pourrait que des agressions toxiques puissent gêner ce développement et que, par exemple, la débilité mentale d'enfants génétiquement indemnes, nés de femmes atteintes de phénylcétonurie relève d'une pathogénie de ce genre.
Les imperfections des isolants
Un autre type d'accidents pourrait résulter d'une imperfection des isolants qui protègent le réseau contre les courts-circuits. Ces affections des gaines sont hélas bien connues, qu'il s'agisse d'une impossibilité de détruire l'excès d'isolant produit (inactivité de la ß-hexosaminidase dans la maladie de Tay-Sachs) ou d'autres troubles portant sur les molécules utilisées dans la confection des gaines de myéline (leucodystrophie métachromatique, maladie de Niemann-Pick. de Gaucher, etc. ). Dans ces diverses maladies, l'accumulation des substances isolantes ou de certains de leurs dérivés amène progressivement l'inactivité et la mort du neurone et finalement l'effondrement des performances du système.
A l'inverse de ces troubles par surcharge, de nom-breuses affections dégénératives aboutissent à une détérioration des gaines de myéline. En plus des syndromes neurologiques spécifiques, ces processus entraînent eux aussi une profonde atteinte des facultés mentales.
Les troubles des connexions
A l'inverse des soudures qui relient les composants d'un calculateur électronique, les connexions du système nerveux, les synapses, n'établissent aucune continuité physique d'un neurone à l'autre. Bien au contraire, le bouton d'un axone est séparé de la surface réceptrice du neurone suivant par un espace de quelques dizaines d'ansgtröms.
Cette discontinuité confère à la synapse une loi d'action qui la situe à mi-chemin entre une soudure et un transistor.
Schématiquement, on peut admettre que les vési-cules synaptiques contenues dans le bouton axonal sont brusquement rompues lorsqu'un " influx nerveux " parvient jusqu'à elles. Elles déversent alors dans l'intervalle synaptique les molécules de médiateur chimique qu'elles contenaient. C'est l'arrivée de ce médiateur chimique sur la surface réceptrice qui modifie brusquement celle-ci, au point de la rendre soudainement et transitoirement perméable à certains ions. Ce changement de perméabilité produit dans le neurone récepteur un changement de concentration ionique dont la propagation constitue l' "influx nerveux ",
De même. sur les fibres nerveuses, on rencontre tous les quelques millimètres des relais de transmission, les nœuds de Ranvier, fonctionnant vraisemblablement d'une manière assez comparable à celle des synapses, bien que fort mal connue.
Synapses et nœuds de Ranvier sont particulièrement vulnérables puisque de nombreuses substances peuvent bloquer leur fonctionnement, comme le montrent abondamment les expériences pharmacologiques.
Il se pourrait alors que diverses molécules fabriquées par l'organisme puisse modifier le fonctionnement d'un réseau, par ailleurs bien construit. Cette situation semble correspondre à la majorité des cas de débilité mentale dans lesquels aucun trouble anatomique majeur n'est décelé. Dans cette hypothèse, ces malades seraient en quelque sorte des drogués.
Qu'une intoxication puisse restreindre ou exciter les activités intellectuelles est d'ailleurs une observation fort banale et le plus intrépide des calculateurs ne saurait extraire une racine carrée après l'absorption d'un ou deux verres de vin.
La vitesse d'interrogation des circuits
Compte tenu du nombre énorme des connexions nécessaires à l'établissement d'un circuit, toute perte d'efficacité se traduirait par un allongement du temps de parcours, allant du simple ralentissement au blocage presque complet. Comme l'activité de l'entendement face au monde extérieur s'effectue en temps réel, on conçoit que cette vitesse joue un rôle primordial.
Chacun sait par exemple que l'ordinateur de bord de la première fusée lunaire devint pratiquement débile mental lors de l'arrivée sur notre satellite. La cadence à laquelle lui parvenaient les données des instruments excédait sa capacité de traitement des informations.
Cette servitude de temps nous est d'ailleurs familière. De même qu'on ne peut raisonner à bride abattue, il est impossible de trop ralentir le cheminement de la pensée sous peine de perdre, comme on le dit. le fil de ses idées. Ainsi la conscience claire et l'analyse logique requièrent un rythme particulier qui ne peut être volontairement modifié que dans d'étroites limites.
Pour réaliser cet équilibre dynamique sans modification importante des vitesses, le réseau central s'oppose à l'encombrement possible en débranchant certains circuits qu'il contrôle ordinairement. Tel l'homme attentif qui reste bouchée bée et langue pendante lorsqu'il admire une chose belle : ainsi du débile mental qui tire la langue sitôt qu'il ne la rétracte pas volontairement, tant il doit économiser ses faibles possibilités.
La recherche biochimique
De ce parallèle mécaniste entre le fonctionnement des machines et le déroulement de la pensée, il ne ressort nullement que l'ordinateur soit un modèle acceptable. Plus simplement, si la machine est peut-être de l'intelligence désincarnée, l'homme est véritablement une incarnation de l'intelligence. Et de même que les performances des machines dépendent de la qualité de leur construction et du jeu régulier de chacun de leurs composants, de même les défaillances du substratum de l'intelligence peuvent expli-quer les déficiences de celle-ci.
Ainsi, les " pannes " que nous avons schématisées devraient correspondre à des troubles métaboliques précis qui restent à découvrir.
Si la structure et le fonctionnement de la synapse étaient déjà connus, cette recherche serait grandement facilitée et c'est dans ce but que l'ébauche suivante peut être proposée.
La signalisation moléculaire
La membrane sensible d "un neurone est assez comparable à la trappe moléculaire qu'actionnait le fameux démon de Maxwell, laissant passer certaines molécules et refusant l'entrée à d'autres. En effet l'adaptation du médiateur chimique modifie sélectivement la perméabilité ionique de la membrane et lui permet en quelque sorte de trier les particules en laissant passer préférentiellement certains ions.
Cette rencontre du démon de Maxwell an cœur du fonctionnement svnaptique n'est d'ailleurs nullement surprenante, puisque le cerveau étant destiné a extraire de l'information du monde extérieur, il doit partiellement remonter le cours de l'entropie.
On connaît à l'heure actuelle une dizaine de molécules capables de jouer le rôle de médiateur chimique. On sait aussi qu'une surface donnée est spécifiquement sensible à tel médiateur et non à d'autres et que des circuits entiers utilisent exclusivement un médiateur donné (l'acétylcholine pour le système parasympathique et la noradrénaline pour les terminaisons sympathiques par exemple).
La spécificité moléculaire des circuits cérébraux est presque encore inconnue mais il paraît plausible qu'un " langage moléculaire " commun soit la caractéristique essentielle des circuits et, peut-être, la raison même de leur relative autonomie.
On comprendrait alors que certaines intoxications ou, au contraire, certaines médications puissent agir préférentiellement sur certaines fonctions, comme l'humeur, la vigilance, l'idéation ou le jugement, si les circuits qui les sous-tendent utilisent des récepteurs capables d'être influencés par ces toxiques ou ces médicaments.
Dans cette hypothèse générale, la débilité de l'intel-ligence ne serait que l'une des formes des maladies du substratum de l'esprit et refléterait surtout une exploi-tation imparfaite des circuits d'analyse.
Une telle possibilité sérail en bon accord avec la préservation remarquable de l'humeur et de la mé-moire chez de nombreux débiles mentaux et avec le développement, souvent parfaitement normal chez ces malades, des facultés morales et artistiques.
La structure de la membrane svnaptique
Pour ordonner un flux de particules ionisées, la membrane doit posséder des pores dont le calibre et les propriétés électroniques soient strictement spécifiées. D'autre part, pour reconnaître la molécule de médiateur chimique approprié, la membrane doit présenter des sites qui lui soient exactement complémentaires.
Les pores ioniques
Ainsi que permet de s'en assurer la construction de modèles moléculaires [1], une chaîne peptidique refermée sur elle-même fournit un exemple de pore ionique. En effet, le trou central se trouve bordé d'une couronne de carbonyles qui surplombe une couronne d'azotes peptiques (planche 1).
Comme les carbonyles sont légèrement négatifs et les azotes légèrement positifs, il s'établit une barrière de charge fermant le pore. Cet équilibre est rompu lorsqu'une charge positive portée par le médiateur chimique, vient s'adapter sur la couronne de carbonyles. Ainsi, l'adaptation du médiateur peut-elle modifier sélectivement la perméabilité ionique de la membrane.
Les sites cognitifs
La spécificité de l'adaptation du médiateur laisse supposer que cette molécule épouse rigoureusement la surface de la membrane réceptrice. C'est-à -dire que le site cognitif doit présenter, en regard de chacun des atomes de la molécule du médiateur, un atome possédant une charge électrique exactement complémentaire.
Si les pores ioniques sont bien constitués de cyclopeptides on voit qu'il suffit de choisir les acides aminés qui les composent de telle façon que l'assemblage de ceux-ci fournisse justement la répartition électronique adéquate.
Par exemple, en face de la partie :
de l'acétylcholine on trouvera le cycle imidazole d'une histidine :
parce que ces deux configurations sont topologiquement et électroniquement complémentaires.
Ainsi que le montre une analyse systématique [2], la formule du médiateur et celle des substances connues pour être capables de bloquer la membrane imposent de si nombreuses contraintes que seules certaines configurations de polypeptides cycliques peuvent y correspondre.
A titre d'exemple on notera que les configurations des planches 1 et 2 ont des propriétés différentes bien que toutes deux correspondent au même médiateur chimique, l'acétylcholine. De fait, la configuration 1 est sensible à la muscarine et insensible à la nicotine, alors que la configuration II est sensible à la nicotine et insensible à la muscarine. De même, l'atropine peut bloquer complètement la configuration 1 alors qu'elle ne peut se fixer sur la configuration 2.
On voit par ces modèles que la spécificité des sites cognitifs pourrait avoir un support chimique relativement simple.
Planche 1. - Surface muscarinique représentée en modèle moléculaire
compact S.A.S.M. Configuration moléculaire de deux médiateurs chimiques,
l'acétylcholine et la muscarine, et d'un inhibiteur spécifique, l'atropine.
Dans la représentation de la membrane sensible constituée de dodécapeptides
cycliques : (histidine - phénylalanine - sérine)4, on remarquera le pore
ionique (trou central) et les sites cognitifs (situés entre deux pores
ioniques). La couronne de carbonyles (O) est chargée négativement et
surplombe la couronne d'azotes peptidiques (N) chargée positivement. La
surface a est topologiquement complémentaire des deux médiateurs chimiques,
l'acétylcholine et la muscarine. La surface b est topologiquement
complémentaire de l'inhibiteur, l'atropine. La surface c est topologiquement
com-plémentaire d'un noyau tricyclique.
Planche 2. - Surface nicotinique
représentée en modèle moléculaire compact S.A.S.M. Configuration
moléculaire de trois médiateurs chimiques : acétylcholine, muscarone et
nicotine. Dans la représentation de la membrane sensible constituée de
dodécapeptides cycliques : (histidine - tyrosine)6, on remarquera le pore
ionique (trou central) et les sites cognitifs (situés entre les pores
ioniques). La surface a est topologiquement complémentaire de l'acétylcholine
et de la muscarone. La surface b est topologiquement complémentaire de la
nicotine. Les surfaces c, d, e, f sont topologiquement complémentaires des
divers curarisants. Dans ces modèles, un médiateur agit sur une couronne en
modifiant la charge du pore ionique et en rompant une liaison hydrogène
reliant un cyclopeptide à un autre. Un inhibiteur occupe le site cognitif d'un
médiateur et relie l'une à l'autre deux couronnes par des liaisons
multiples.
Les parasites du récepteur
Pour théoriques qu'ils soient, ces modèles fournissent une explication possible à l'effet toxique précédemment envisagé.
En supposant qu'une molécule soit capable de se fixer plus ou moins bien sur le site cognitif, sans pouvoir cependant modifier utilement la barrière de charge du pore ionique, on aurait exactement l'image d'un parasite dans la connexion. Une compétition s'établirait alors entre le médiateur chimique et la molécule anormale. En cas de fixation très forte de cette dernière, il y aurait blocage complet comme avec l'atropine. En cas de fixation imparfaite, il y aurait un retard à l'action du médiateur qui finirait cependant par l'emporter.
Ce temps de latence se traduirait par un allongement du temps de parcours des circuits réduisant d'autant l'efficacité du réseau.
Il va de soi que cet " encrassement " des surfaces synaptiques n'est pas le seul trouble possible et que des perturbations analogues pourraient atteindre l'émetteur (le bouton axonal) ou encore les répétiteurs disposés tout au long des fibres de transmission (les nœuds de Ranvier).
De plus, le raisonnement inductif qui vient d'être exposé pour les synapses sensibles à l'acétylcholine, devrait être appliqué à tous les autres types de synapses (noradrénergiques, dopaminergiques, séroténinergiques, histaminergiques, etc.) avant qu'un premier recensement des points sensibles puisse être proposé.
L'investigation systématique
La valeur de ce modèle théorique pourrait être partiellement jugée par une sorte de contre-épreuve clinique. L' " encrassement " d'une synapse d'un certain type devrait en modifier les réactions et un malade souffrant d'un trouble métabolique particulier devrait alors présenter certaines sensibilités pharmacologiques anormales.
Presqu'aucune investigation de ce genre n'a été menée chez les malades atteints de débilité de l'intel-ligence, si ce n'est chez les sujets atteints de trisomie 21. Ceux-ci souffrent d'une sensibilité très exagérée à l'atropine et réagissent par une mydriase beaucoup plus intense ou une tachycardie beaucoup plus marquée que les sujets normaux. De même leur réaction à l'éphédrine révèle des particularités paradoxales.
Il est tout à fait possible d'envisager la mise en œuvre d'une véritable batterie de tests pharmacologiques pour étudier ces troubles [1]. Par exemple, des essais faisant appel à la sensibilité irienne pourraient permettre une véritable expérimentation pharmacologique sans danger pour les patients.
Inversement, le recensement de sensibilités particulières à certains médicaments apporterait de précieuses indications. Par exemple les réactions anormales aux neuroleptiques tricycliques, aux antidépresseurs, ou aux inhibiteurs de la monoamine oxydase ne sont pas seulement des incidents thérapeutiques. Systématiquement analysés, ces faits disparates constitueraient des résultats d une expérimentation involontaire parfois très révélatrice.
Ces investigations permettraient d'établir pour chaque maladie un faisceau de présomptions désignant à la recherche du biochimiste telle ou telle espèce moléculaire en raison de sa configuration et des effets qu'elle pourrait avoir sur les récepteurs précédemment discutés.
Ainsi serait tourné l'insupportable paradoxe de Zénon puisque nous saurions enfin quoi chercher.
Les traitements spécifiques.
Cerner ainsi le mécanisme intime d'une certaine forme de débilité de l'intelligence dépasserait largement le seul intérêt de la découverte.
Face aux maladies, l'arsenal thérapeutique s'accroît chaque jour et il suffit d en rappeler quelques exemples pour voir combien les moyens sont divers :
- fourniture de l'enzyme manquante, comme l'insuline dans le diabète :
- contournement du blocage par des voies métaboliques adventices, comme il arrive spontanément chez les enfants galactosémiques :
- contrôle par un antimétabolite approprié de réactions biochimiques accélérées comme le réalisent les antithyroïdiens de synthèse :
- réduction de l'apport des précurseurs du toxique comme dans le régime carence en phénylalanine opposé à la phénylcétonurie :
- élimination du lexique par un antidote approprié telle la pénicillamine chélatant le cuivre dans la maladie de Wilson :
- compensation des effets pharmacologiques comme le permettent les antidépresseurs ou les neuroleptiques en psychiatrie.
Tous ces moyens, et bien d'autres encore, permettent de penser que le vrai retard de la médecine de l'intelligence n'est pas dans la thérapeutique mais bien dans la compréhension de la maladie elle-même. D'où la nécessité de l'approche heuristique que nous venons de proposer.
Conclusion
Ces quelques réflexions n'ont pas pour but une nouvelle description de l'étrange interaction entre l'esprit et la matière. Plus simplement, elles tendent à déceler les dispositions de la matière qui pourrait empêcher l'esprit de s'y manifester pleinement.
II n'y aurait alors aucune outrecuidance à tenter de guérir les déficiences mentales car la médecine ne prétendrait nullement redonner de l'esprit à ceux qui en seraient mal pourvus, mais leur fournirait les moyens d'utiliser au mieux leur propre intelligence en compensant les défaillances d'un réseau imparfait.
Références
1. Lejeune J. - Sur un modèle de recherche dans certains cas de débilite mentale. C.R. Acad. (Paris). 1970, 271. 2068-2069.
2. Lejeune J. - Essai d'analyse topologique du site cholinergique. C.R. Acad. Sci. (Paris), 1972. 274, 3630-3631.