Comment le cerveau génère-t-il son horloge interne ?

Selon des scientifiques américains, le cerveau est une véritable "machine temporelle". Et comprendre comment le cerveau gère son temps est essentiel à la compréhension de toutes ses fonctions. Les horloges internes du cerveau coordonnent un vaste champ d'activités comme la communication, la coordination des mouvements ou l'alimentation.

Dans un article de "Nature Reviews Neuroscience" d'octobre 2005, les neurologistes Catalin Buhusi et Warren Meck de l'Université Duke à Durham en Caroline du Nord, décrivent l'état actuel des connaissances sur l'une des plus importantes mais mystérieuses horloges du cerveau, celle qui régit la synchronisation dans une échelle de temps qui s'étend de la seconde à la minute. Cette "synchronisation d'intervalle" occupe un domaine neurologique situé entre deux autres horloges, l'horloge circadienne liée au cycle jour-nuit de 24 heures, et l'horloge à l'échelle de la milliseconde qui contrôle la motricité ou la génération et l'identification de la parole.

La synchronisation d'intervalle est utilisée pour des tâches comme la marche, la manipulation d'objets, le suivi d'une conversation ou la perception des objets dans son environnement.

"Elle nous est utile pour comprendre l'ordre temporel des événements, par exemple lors d'une conversation" explique Meck. "Pour comprendre le discours, le cerveau non seulement doit traiter des intervalles de temps de l'ordre de la milliseconde impliqués dans l'attaque de la voix, mais également appréhender la durée des voyelles et des consonnes. En outre, pour répondre, il doit rythmer la parole, organiser les pensées avec cohérence et répondre de façon opportune. C'est là toute la synchronisation d'intervalle, et en fait il est difficile de trouver un quelconque processus comportemental complexe dans lequel elle ne soit pas impliquée".

Selon lui, le déchiffrement des mécanismes neuraux de telles horloges est sans doute plus fondamental à la compréhension du cerveau que, par exemple, le traitement neural de la position dans l'espace et du mouvement. Pour Buhusi, le temps est plus fondamental que l'espace, parce qu'on peut simplement fermer les yeux et revivre des événements à rebrousse-temps, ou se projeter dans l'avenir pour prévoir quelque chose, sans changer de position dans l'espace.

La compréhension du mécanisme de la synchronisation d'intervalle est très difficile parce qu'il est "amodal", selon les deux scientifiques. Cela signifie que son horloge est indépendante de tout sens, le toucher, la vue, l'audition, le goût ou l'odorat. Ainsi, elle ne peut pas être localisée dans un secteur déterminé du cerveau, comme peut l'être l'horloge circadienne, qui a des entrées claires situées dans la vision et qui déclenche l'émission cyclique des hormones circadiennes.

"Ce processus doit être distribué puisqu'il est capable intégrer les informations de tous les sens", indique Meck. "Mais surtout, comme il est impliqué dans l'apprentissage et la mémorisation, on pourrait penser que le temps n'est pas directement perçu, et que nous effectuons des discriminations temporelles par rapport à des souvenirs de durées antérieures. Cela rend le mécanisme de la synchronisation d'intervalle plus confus, allant jusqu'à faire douter qu'une horloge interne de la sorte puisse même exister".


Un pacemaker dans le cerveau ?

Dans les années 80 Meck et son équipe avaient proposé une théorie basée sur un modèle de "stimulateur-accumulateur". Quelque part dans le cerveau devait se trouver un stimulateur biologique indépendant qui émettait régulièrement des impulsions de synchronisation neurales, une espèce de "tic-tac". Les recherches plus récentes, menées par Meck et ses collègues de l'université Duke, ont conduit au développement d'un modèle de "détection de coïncidences" des oscillations de l'activité neurale impliquant une zone appelée le striatum. Le striatum est une partie de la structure de cerveau qui commande des fonctions de base du corps humain comme le mouvement.

Dans ce modèle, explique Buhusi, "chaque structure du cerveau contribue à sa propre résonance, et toutes ces oscillations sont surveillées et intégrées par les circuits "striataux". C'est comme un chef qui écoute son orchestre qui se compose de différents musiciens et qui, par le battement de sa baguette, synchronise l'ensemble de sorte que les auditeurs perçoivent une harmonie".

Ainsi, en quelque sorte, c'est le cerveau dans son ensemble qui est une machinerie complexe de synchronisation d'intervalle, dans laquelle les différentes structures occupées par leur propre charge neurale, produisent des résonances qui sont intégrées pour devenir les tops de l'horloge neurale.

Source: Duke University

La musique douce réduit la tension artérielle

L’écoute d’une mélodie douce entraîne un ralentissement des rythmes cardiaque et respiratoire, et fait même chuter la tension artérielle, affirment des chercheurs italiens. Si différentes études avaient déjà démontré que la musique peut, par exemple, réduire le stress et même améliorer la performance athlétique, c’est la toute première fois que des chercheurs se penchent sur l’impact physiologique de différents types de musique. Les chercheurs, qui publient les résultats de leur étude dans l’édition courante du journal Heart, ont recruté 24 participants d’âges semblables, dont la moitié avait une formation musicale avancée. Les 12 autres participants ont formé le groupe témoin.
Tous ont dû écouter, pendant six minutes, des extraits de pièces aussi variées que la Neuvième symphonie de Beethoven, du raga (de la musique classique hindoue), les Red Hot Chili Peppers (un groupe contemporain), Vivaldi, de la musique techno et Anton Webern (un musicien allemand). L’écoute de musique rythmée a entraîné une accélération des rythmes respiratoire et cardiaque, tout comme une augmentation de la tension artérielle proportionnelle au tempo, et peut-être aussi à la complexité de la partition jouée. Le style ou même les préférences individuelles auraient eu moins d’impact. Lorsque la musique s’arrêtait, le tout redescendait pour atteindre des taux parfois inférieurs aux taux de départ.
La musique plus douce, elle, on s’en doute, a eu l’effet inverse. Elle a notamment entraîné une chute du rythme cardiaque. L’effet le plus prononcé a été obtenu avec le raga. Les participants ayant une formation musicale se sont aussi révélés être plus réceptifs à l’effet de la musique. Un effet relaxant similaire à celui provoqué par la musique douce a déjà été associé à des activités comme la lecture de poésie rythmique ou la récitation d’un mantra de yoga ou d’un rosaire.

source : passeport santé

Vous pensez qu'une table à 4 pieds sur un sol irrégulier est forcément bancale ?

Je vous propose un article insolite qui m'a fait "sourire" parce que j'ai eu une longue discussion à ce sujet avec un collègue , l'étude complète se trouve à cette adresse :

http://xxx.arxiv.org/PS_cache/math-ph/pdf/0510/0510065.pdf

Si lorsque vous vous rendez au restaurant ou au café, la table que vous choisissez se trouve être toujours bancale, ne désespérez pas. Un physicien vient de démontrer que, dans des limites raisonnables, il est toujours possible de tourner la table jusqu'à une position où chacun de ses quatre pieds reste fermement fixé au sol.

André Martin a été incité à étudier le problème par l'instabilité notoire des tables de la cafétéria du CERN, le laboratoire européen de physique des particules à Genève, où il travaille sur des problèmes complexes dans le domaine de la physique des hautes énergies. Selon lui, quiconque déguste un café sur la terrasse découvre très vite que les tables ne reposent sur le sol que par trois pieds, de sorte que le plus léger contact renverse la boisson. À maintes reprises, Martin devait faire pivoter la table pour rechercher une position stable. "J'ai toujours pu en trouver une", dit-il, "et les gens sont souvent stupéfaits que cela fonctionne".

Il y a plus de dix ans, Martin a décidé de voir s'il pourrait trouver la preuve qu'un état stable existe toujours. En 1998, il a pensé avoir trouvé et a même présenté sa solution lors de cours d'été mais il n'en a jamais fait le compte-rendu et a découvert que de toute façon elle n'était pas tout a fait correcte. Aujourd'hui, Martin pense avoir une réponse plus solide, qu'il a d'ailleurs publiée (1). "J'ai eu la sensation que les mathématiciens étaient intéressés", explique-t-il.

Pour pouvoir décrire mathématiquement le problème, il a dû faire quelques hypothèses simplificatrices. Il n'a considéré que des tables de forme carrée avec un pied à chaque coin et a supposé que chaque pied touchait le sol en un seul point. Le sol lui-même, pour sa part, devait être plus favorable qu'il n'est souvent dans la nature, pouvant posséder de nombreuses aspérités mais devant être dépourvu de pentes raides ou de changement abrupt de hauteur: l'inclinaison entre deux points quelconques de la surface n'est jamais supérieure à 15°.

"Comparé avec la réalité, c'est très lisse" admet Martin. Mais il ajoute qu'une surface ordinaire mal nivelée ou une pelouse inégale satisferait ces hypothèses. Sous ces conditions, Martin a démontré qu'il y a toujours une façon de procéder pour que chacun des quatre pieds de la table soit en contact avec le sol. En général, cela ne laissera pas le plateau de la table parfaitement horizontal, mais la pente sera toujours relativement faible.

Martin soupçonne que sa solution puisse être étendue à des tables de forme non carrée si chacun des quatre pieds se trouve sur un cercle, mais il n'en a pas encore la preuve rigoureuse.

Savoir si son étude amènera plus de sérénité pendant les pauses-café du CERN est un autre problème: le sol semble à cette endroit trop irrégulier. "La difficulté avec cette terrasse est qu'il y a de l'herbe et des pavés", indique Martin.

source : NATURE et techno science

Septembre, mois le plus chaud jamais enregistré sur la planète

Septembre a été le mois le plus chaud jamais enregistré sur la planète depuis que les températures sont prélevées scientifiquement en 1880, a indiqué le Centre national océanique et atmosphérique américain (NOAA). La température moyenne était de 0,63 degré Celsius (1,13 degré Fahrenheit) au-dessus de la moyenne, selon un communiqué du NOAA publié sur son site Internet. Il s’agissait du deuxième mois le plus chaud depuis septembre 2003 quand la température moyenne avait été de 0,57 Celsius (1,02 degré Fahrenheit) supérieure à la moyenne. Aux Etats-Unis, septembre 2005 n’a été que le quatrième mois le plus chaud depuis 1880 avec une température moyenne de 1,4 degré Celsius (2,6 degrés Fahrenheit) au-dessus de la moyenne.

La Louisiane, frappée par le cyclone Katrina le 29 août, a connu son mois de septembre le plus chaud depuis 111 ans et 27 autres Etats américains ont aussi enregistré des températures moyennes record ce même mois. Le 28 septembre, le Centre National américains sur les neiges et les (NSIDC), avait annoncé une forte réduction de la calotte glaciaire arctique pendant l’été 2005 et ce pour le quatrième été consécutif, un phénomène attribué au réchauffement du climat. "Etant donné le bas niveau record des glaces cette année à l’approche de la fin septembre, 2005 va presque certainement surpasser 2002 pour la plus faible superficie de glace dans l’Arctique depuis plus d’un siècle", avait alors déclaré Julienne Stroeven, une des scientifiques du NSIDC. Ces observations et mesures sont effectuées à l’aide de satellites de la Nasa, l’agence spatiale américaine. "A ce rythme, l’Arctique n’aura plus de glace pendant la saison d’été bien avant la fin de ce siècle", avait-elle ajouté.

source : NOAA sur ce site http://www.noaanews.noaa.gov/stories2005/s2521.htm

Une berline électrique roulant à 370 km/h

Dans le cadre de l'exposition automobile de Tokyo 2005, des chercheurs japonais ont dévoilé ce jeudi Eliica, la voiture berline électrique la plus rapide du monde, un prototype à huit roues doté d'une vitesse de pointe de 370 kilomètres par heure.

Cette version d'Eliica a été développée par des chercheurs de l'université Keio de Tokyo en collaboration avec des entreprises privées et du gouvernement japonais. Le véhicule possède une accélération lui permettant de passer de zéro à 100km/h en 4,2 secondes et d'atteindre 160 km/h en sept secondes. Chacune des huit roues possède son moteur, alimenté par des batteries ion-lithium.

Eliica a déjà commencé des essais sur route. Ses concepteurs projettent de produire le véhicule en petit nombre pour débuter. Bien que sa commercialisation ne soit prévue que pour dans quelques années, une centaine de clients potentiels seraient déjà intéressés, ceci malgré un prix de vente estimé à un peu plus de 200.000 euros.

sources : le quotidien auto , techno-sciences

Des cerf-volants pour voler l'énergie du vent

Vous trouverez tous les détails de ce projet : système de commande et même les équations sur le site http://www.sequoiaonline.com/KWG/htm/KITEbasicequations.htm

Le projet KiWiGen concerne un générateur éolien de 2000 tonnes distribuant 84 MW, c'est-à-dire la même puissance qu'une centrale nucléaire, pour des coûts moins importants et une même superficie.

Des experts de l'énergie comme Pineau d'Electricité de France, Van Sark de l'Université d'Utrecht, Mawsouf de l'Université du Caire, Ockels de l'Université de Delft, Mortimer de Scottish Power, Wim Turkenburg de la Commission Sources Renouvelables des Nations Unies et l'European Space Agency (pour une éventuelle utilisation sur Mars) affirment d'ailleurs que ce projet ne relève pas de l'utopie. En effet, au-delà de 500-600 mètres d'altitude, le vent est fort et constant, et un flux de vent, dont la puissance est équivalente à celle de 100.000 centrales nucléaires, souffle au-dessus de l'Europe. Toutefois le problème est de capturer cette puissance, d'où le projet Kite Wind Generator.

Le concepteur du projet KiWiGen est Massimo Ippolito, patron de Sequoia Automation à Chieri (près de Turin) passionné de "kite surfing", sport de glisse grâce à un cerf-volant de traction manoeuvré avec deux câbles et une planche de surf spéciale. Un des principaux produits de son entreprise est le capteur intelligent "SeTAC", un détecteur d'accélérations tri-axiales (capable de détecter les accélérations dans les trois directions) ayant les dimensions et le poids d'une boîte d'allumettes, caractéristiques qui le rendent unique au monde dans son genre et adapté à une multitude d'applications (décrites sur le site http://www.sequoiaonline.com).


Ippolito a conçu un système de cerfs-volants de puissance, à plusieurs ailes, qui, à environ 700 mètres d'altitude, actionnent à terre un générateur à axe vertical à travers des bras. Chaque cerf-volant sera équipé de deux SeTAC qui gouverneront, à travers un programme de contrôle, les continuelles variations d'orientation nécessaires pour lui conférer la portance maximale et lui faire suivre, toujours avec une portance positive, un parcours circulaire.

Les cerf-volants utilisés auront une superficie de quelques dizaines de mètre carré, un profil alaire rigide en arc et seront réalisés en polyéthylène alvéolaire. Au repos, les cerf-volants seront insérés dans des bras creux. Ce système pourra être activé soit en lançant, hors de son bras, un des cerf-volants qui se lèvera alors à la plus petite brise et commencera à faire tourner le système provoquant la sortie et le décollage des autres cerf-volants, soit en le faisant tourner avec l'alternateur qui jouera le rôle de moteur. Cette opération peut évidemment être réalisée en sens inverse quand il est nécessaire de rentrer les cerf-volants dans leurs bras respectifs pour l'arrêter.

La puissance du système sera fonction du diamètre. Ainsi, de manière indicative, un diamètre de 100 mètres équivaudra à un générateur de 0,5MW tandis qu'un diamètre de 200 mètres vaudra un générateur de 500MW.
Le coût de construction d'un KiWiGen d'un GigaWatt serait d'environ 80 millions d'euro, c'est-à-dire moins que celui d'une installation traditionnelle, tandis que le coût d'un MWh produit par ce système serait de seulement 1,5 euros. Ce système sera très certainement en synergie avec l'énergie photovoltaïque et ceci entre autres parce que l'excès d'énergie nocturne produite pourrait alimenter le procédé pour raffiner le silicium des cellules solaires.

Sources : Challenges , TUTTO SCIENCE , INFOS-INDUSTRIELLES

La théorie des cordes fait vibrer un univers à 10 dimensions

Les lignes qui suivent sont à déconseiller aux esprits fragiles et aux âmes mal trempées. Il y est question d’un monde insaisissable et vertigineux, d’un univers aux dimensions multiples : 10 au bas mot, à moins que ce ne soit 11, ou même... 26 ! Inconcevable pour un cerveau normalement constitué. Pour le commun des mortels, il n’existe que quatre dimensions, trois spatiales et une temporelle. Encore percevons-nous volontiers le temps comme le faisait Newton, c’est-à-dire comme un paramètre absolu, un axe immuable. Nous savons bien sûr, depuis Einstein et la relativité générale, qu’espace et temps sont en réalité indissociables, que le temps est élastique et les longueurs contractables. Il n’empêche que le continuum espace-temps demeure, pour l’entendement ordinaire, un concept relativement flou...

Et voilà que les physiciens inventent de nouvelles dimensions, à en donner le tournis. Pour comprendre ce qui les amène à cette construction improbable, il faut rappeler que la physique moderne avance sur deux jambes. D’un côté, la relativité générale d’Einstein. Décrivant le comportement des corps soumis à la gravitation, ou gravité, elle s’applique à la structure à grande échelle de notre univers. A l’autre extrémité, la mécanique quantique rend compte du comportement des particules élémentaires à une échelle infinitésimale.

La mécanique quantique a donné naissance, dans les années 1970, à un superbe modèle, le "modèle standard". Il postule, vérifications expérimentales à l’appui, que l’univers est formé, en tout et pour tout, de 12 particules de matière, 6 quarks et 6 leptons, et de 4 particules porteuses de forces. Mais ce modèle n’intègre que trois de ces forces, celles qui interviennent à l’échelle atomique ou subatomique : la force électromagnétique liant les électrons aux noyaux et deux forces à l’oeuvre à l’intérieur des noyaux, la force faible et la force forte. Le modèle laisse de côté la quatrième force, la gravité, aux effets négligeables à l’échelle des particules élémentaires mais qui, aux échelles plus importantes, domine pourtant.

Jusqu’à présent, les physiciens n’ont pas réussi à faire marcher ces deux jambes du même pas. Si bien que leur représentation de l’Univers claudique. C’est ici qu’intervient la théorie des cordes, qui se propose de réconcilier relativité générale et mécanique quantique. De réaliser la "grande unification". Bref, de livrer la clé ultime de l’univers.

La porte a été entrouverte par l’Italien Gabriele Veneziano. C’était en 1968. Il travaillait alors sur les interactions nucléaires fortes. "Nous avons mis en évidence une propriété un peu bizarre, une dualité comparable à la double nature ondes et particules de certains constituants de la matière, relate-t-il. Et nous nous sommes aperçus que cette propriété supposait l’existence de particules dont le spectre d’excitation ressemblait au spectre de fréquences d’une corde musicale." La théorie des cordes était née. Elle allait connaître plusieurs rebondissements. A partir du milieu des années 1970, le succès du modèle standard l’éclipse. Seule une poignée de physiciens dans le monde continuent à s’y intéresser.

Par un renversement conceptuel dont la science est friande, la théorie des cordes effectuera un retour, non plus à partir de l’étude des interactions fortes, mais de la gravitation. Plus exactement, comme "théorie quantique de la gravitation". Elle suppose en effet l’existence de plusieurs particules de masse nulle, dont le graviton, lequel porterait la force de gravité jusqu’alors exclue du modèle standard. La jonction entre mécanique quantique et relativité était faite. "Le rêve poursuivi toute sa vie par Einstein, commente Gabriele Veneziano , - était - enfin réalisé."

La théorie des cordes suscite, à partir du milieu des années 1980, un engouement qui ne se démentira plus. Elle s’enrichira d’une théorie des supercordes. Et se déclinera en cinq versions, dont subsiste aujourd’hui une principale, dite théorie M, comme "mystère". Que dit cette théorie ? Que les constituants ultimes de la matière, les quarks ou, s’il en existe, des particules encore plus petites, ne ressemblent pas à des points, mais à des cordes vibrantes, c’est-à-dire à des objets unidimensionnels étendus dans l’espace, pouvant être ouverts ou fermés en boucle.

Inutile de chercher à voir ces vibrionnants choristes : la taille d’une corde serait de l’ordre de 10 puissance moins 34 mètre. Elles ne peuvent s’exprimer, disent les équations, que dans un univers comptant, au minimum, 6 dimensions spatiales supplémentaires par rapport aux 3 que nous connaissons. Ce qui porte à 10 le nombre de dimensions du monde des cordes. Certains physiciens en ajoutent une, ce qui mène à 11... C’est beaucoup, mais bien moins que les 26 dimensions un moment supposées, avant que la théorie des supercordes ne fusionne des cordes interagissant entre elles pour obtenir un nombre moins extravagant.

Comment se représenter l’inimaginable ? Pas question, ici, d’univers parallèles. Les dimensions supplémentaires s’apparenteraient plutôt, décrit Gabriele Veneziano, à des boucles microscopiques. Leur taille, qu’elle reste de l’ordre de celle des cordes elles-mêmes ou atteigne 1 millimètre, les rend inaccessibles à nos sens. Pour que nous percevions ces infimes circonvolutions de notre espace-temps, il faudrait être à leur échelle. Si spéculative soit-elle, la théorie des cordes séduit un nombre croissant de physiciens. Aujourd’hui, plusieurs milliers de "cordistes" sur la planète rêvent de valider ces hypothèses dans le nouveau grand collisionneur de particules du CERN de Genève ou en observant les traces d’un hypothétique pré-Big Bang, quand l’espace-temps avait peut-être la taille d’une corde. "Le modèle standard a mis des dizaines d’années avant d’être formalisé, dit Gabriele Veneziano. Patience !" Façon de donner du temps à l’espace-temps multidimensionnel.

article que j 'ai trouvé dans le monde du 13 octobre.