Nos oreilles ouvrent une ère de données auditives


Lisa Muratori est un professeur de physiothérapie travaillant avec des patients souffrant de maladies neurologiques, comme Parkinson, qui pourraient nuire à leur progression. «La démarche est importante», note-t-elle. Si vous marchez trop lentement ou de manière inégale, vous êtes plus susceptible d’avoir des accidents.

Une partie délicate de sa pratique consiste à aider une patiente à comprendre quand sa démarche s'éloigne d'un modèle stable. La solution Muratori: mettez les capteurs à leur place, ce qui crée un flux de données formidable. Les chiffres indiquent précisément à quel moment cette promenade se passe mal. Mais comment devrait-elle montrer ces données aux patients? Si vous essayez de ne pas tomber en déambulant sur le trottoir, c’est fou de regarder un écran.

Alors Muratori a changé les sens, des yeux aux oreilles, entraînant les patients à écoute à leurs données. Elle a collaboré avec Margaret Schedel, professeure de musique à l’Université Stony Brook, à la conception d’un logiciel qui détecte le rythme de pas d’une personne et l’alarme en distordant le son d’un livre audio, de la musique ou de tout ce qui se joue dans les oreillettes. Ainsi, les patients peuvent instantanément et presque inconsciemment percevoir les erreurs et les corriger. C’est un exemple d’une nouvelle évolution fascinante dans notre monde des données volumineuses: la sonification, l’expression des données par le son.

Bien entendu, nous considérons les données comme des éléments visuels, ce que nous transformons en graphiques et en graphiques lorsque nous voulons voir les courbes de tendance. Mais l’oreille est extrêmement sensible et possède des capacités que l’œil n’a pas. Bien que l’œil perçois mieux les tailles et les rapports, l’oreille détecte mieux les motifs qui se produisent temps. C’est formidable pour détecter les fluctuations, même les plus subtiles.

Par exemple, le professeur de musique Mark Ballora et la météorologue Jenni Evans, tous deux de Penn State, ont récemment transformé les données sur les ouragans en une série de sons sifflants. Sous forme sonique, ils pouvaient mettre en évidence le moment où un ouragan se déplaçait dans un mode de pression inférieure et s’intensifiait ainsi. Pendant ce temps, Wanda Díaz Merced, astronome à l'Observatoire astronomique d'Afrique du Sud, a découvert qu'elle pouvait étudier la mécanique des explosions de supernova en écoutant des sursauts gamma. «C'était une telle épiphanie», me dit-elle. "Je pouvais entendre des choses que vous ne pouviez pas voir aussi facilement dans les données."

La sonification peut donc certainement être utile en science et en médecine. Mais je pense que cela pourrait aussi être une aubaine dans notre vie quotidienne. Nous nous promenons déjà dans notre propre univers sonore, avec des écouteurs connectés à un smartphone branchés à nos oreilles. De plus, les notifications d'applications – le bruit du texte entrant – ne sont rien de plus que de simples formes de données transformées en son. Maintenant, imaginez si ces alertes audio étaient plus sophistiquées: et si elles avaient une connotation à propos de la contenu du texte? De cette façon, vous pouvez savoir s'il faut sortir votre téléphone immédiatement ou simplement lire le message plus tard. Ou imaginez si votre téléphone émettait une séquence ou un motif mélodique particulier qui vous informait de la qualité timbre, pour ainsi dire, de l'email s'accumulant dans votre boîte de réception. (Des tâches routinières? Un coup soudain d'activité urgente de votre équipe?) Vous pourriez développer un sens sophistiqué, mais plus ambiant, de ce qui se passait.

Aucun de nous n'a besoin d'une cacophonie d'alertes soniques, bien sûr, et il y a des limites à notre attention auditive. Toutefois, la sonification peut vous aider à créer un monde dans lequel vous serez toujours aussi informé que vous le souhaitez, mais avec un espoir moins effiloché par des regards nerveux sur vos écrans. Cela pourrait également rendre notre vie un peu plus sûre: des recherches au laboratoire de sonification de Georgia Tech ont révélé que si les systèmes informatiques des voitures exprimaient plus de données de manière audible, nous serions moins distraits en conduisant. Comme les patients de Muratori, nous aurions tous intérêt à avoir nos oreilles un peu plus près du sol.


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Le projet de tableau périodique de Mendeleïev est virtuellement méconnaissable – mais il a changé la science pour toujours


Le projet de tableau périodique de Mendeleïev est virtuellement méconnaissable - mais il a changé la science pour toujours

Le premier tableau périodique des éléments de Mendeleev a été publié le 17 février 1869.

Crédit: photothèque de la science et de la société / SSPL / Getty Images

Le 17 février 1869, le chimiste russe Dmitri Mendeleev a publié sa première tentative de classer les éléments constitutifs de la vie en groupes ordonnés. Aujourd'hui, 150 ans plus tard, nous connaissons les fruits de son travail sous le nom de Tableau périodique des éléments – un élément essentiel de l'art des murs de la classe et un outil de recherche indispensable pour quiconque a déjà acheté un gobelet.

Comme vous pouvez le constater vous-même dans le brouillon manuscrit ci-dessus, le premier tableau de Mendeleev était très différent de celui que nous connaissons aujourd'hui. En 1869, seuls 63 éléments étaient connus (comparés aux 118 éléments identifiés aujourd'hui). En tant qu'étudiant à l'Université Heidelberg en Allemagne et plus tard professeur à l'Université de Saint-Pétersbourg, Mendeleev s'est rendu compte qu'en regroupant des éléments en fonction de leur poids atomique, certains types d'éléments se produisaient périodiquement. [Elementary, My Dear: 8 Little-Known Elements]

Mendeleev a perfectionné ce "système périodique", comme il l'appelait, en notant les noms, les masses et les propriétés de chaque élément connu sur un jeu de cartes. Selon l'historien des sciences Mike Sutton de Chemistry World, Mendeleev a ensuite posé ces cartes devant lui – à la manière d'un solitaire – et a commencé à les mélanger jusqu'à ce qu'il trouve un ordre sensé.

En fin de compte, le moment où Mendeleev eureka se présenta dans un rêve, écrivait Sutton. À son réveil, il a disposé ses cartes d’éléments en colonnes verticales par ordre croissant de poids atomique, en commençant une nouvelle colonne pour regrouper des éléments ayant des propriétés similaires dans la même rangée horizontale. Fort de ces principes directeurs, il a finalement créé le premier tableau périodique au monde.

Mendeleev était si confiant dans son système qu'il a laissé des lacunes pour les éléments non découverts et a même prédit (correctement) les propriétés de trois de ces éléments. Ces trois éléments – connus maintenant comme gallium, scandium et germanium – ont été découverts au cours des trois prochaines années et correspondaient aux prévisions de Mendeleev, contribuant ainsi à renforcer la réputation de sa table, a indiqué Sutton.

La table n'était pas parfaite (Mendeleev était incapable de localiser l'hydrogène à l'aide de son système, par exemple), mais elle a jeté les bases solides sur lesquelles des générations de chimistes pourront s'appuyer au cours des 150 prochaines années.

Publié à l'origine sur Science en direct.

Que diable est-il arrivé à l'index de ce champion de yo-yo?


Une image radiographique saisissante montre les fils sombres des artères et des veines qui transportent le sang du poignet au bout du doigt – à l'exception de l'index, qui brille d'une teinte d'un blanc fantomatique.

L'image est un angiogramme – un type de technique d'imagerie médicale qui révèle les veines et les artères après qu'elles ont été inondées d'un colorant spécial. Si le sang coule correctement, il traverse le réseau de ramifications de vaisseaux sanguins, qui apparaissent sous forme de lignes sombres sur l'image.

L'angiogramme – qui avait été repris en 2005 mais avait récemment refait surface sur les réseaux sociaux – révélait un manque de circulation sanguine dans l'index droit de David Schulte, alias Dazzling Dave, interprète de profession yo-yo.

Alors, qu'est-ce qui a conduit à cette image inhabituelle? Au début de 2005, Schulte a été blessé au Dakota du Nord. Il effectuait des démonstrations et donnait des cours dans des écoles, ce qui nécessitait un yo-yoing presque constant pendant 8 à 12 heures d'affilée, a-t-il déclaré à Live Science.

Il a remarqué que lorsque ses mains étaient froides, son index sur la main droite avait commencé à être froid plus tôt et avait mis plus de temps à se réchauffer que ses autres doigts. Environ une semaine après son retour chez lui dans le Minnesota, le même doigt a commencé à prendre des couleurs inhabituelles – rouge, bleu et violet foncé -, ce qui a incité Schulte à consulter un médecin.

Son médecin lui a recommandé un angiogramme, "et puis j'ai eu cette image vraiment cool et intéressante et elle n'a montré aucun sang ne dépassant la seconde articulation de l'index", a déclaré Schulte. Le diagnostic n'était pas un caillot de sang, comme l'avait soupçonné son médecin. C'était un vasospasme, une constriction soudaine des vaisseaux sanguins, probablement en réponse au yo-yo de Schulte qui avait plusieurs fois rebondi et frappé ce doigt pendant sept à dix ans, a-t-il écrit dans un blog qu'il avait publié à l'époque.

"Le spécialiste des mains a dit: 'Montre-moi comment tu fais des tours de yo-yo', et je lui ai montré un de mes tours les plus utilisés, qui est un lancer très dur et droit", a déclaré Schulte. "Et il a dit, 'Oh oui, ça pourrait le causer."

Le médecin a prescrit des anticoagulants, que Schulte a pris pendant un mois; son doigt est revenu à sa couleur normale, a déclaré Schulte.

Ce type d'affection – lorsque le sang cesse de couler jusqu'aux extrémités en raison de la constriction des vaisseaux sanguins – est appelé syndrome de Raynaud, ou tout simplement syndrome de Raynaud, selon le National Heart, Lung and Blood Institute.

Il est normal que les vaisseaux sanguins se contractent par temps froid. Mais pour les personnes qui ont Raynaud, les vaisseaux sanguins se resserrent trop, se contractent trop longtemps et prennent plus de temps que la normale pour se détendre. Le résultat est que les extrémités touchées restent plus froides plus longtemps et peuvent changer de couleur, a déclaré au Dr Elizabeth Ratchford, directrice du Centre de médecine vasculaire Johns Hopkins et professeure agrégée de médecine à la faculté de médecine de l'Université Johns Hopkins dans le Maryland. . Ratchford n'était pas impliqué dans le cas de Schulte.

Dans des cas extrêmes, une circulation sanguine extrêmement limitée peut entraîner des lésions nerveuses, voire une perte de tissu, a déclaré Ratchford à Live Science.

Il existe deux types de Raynaud: primaire et secondaire. La maladie de Raynaud primaire n'a pas de cause connue et la maladie de Raynaud secondaire apparaît en raison d'autres circonstances, telles qu'une maladie ou une blessure. Par exemple, les effets secondaires de Raynaud peuvent être le résultat d'une affection, telle que le lupus, ou pourraient se manifester comme un effet secondaire de certains médicaments, notamment des bêta-bloquants, a déclaré Ratchford. Fumer des cigarettes peut également augmenter le risque de développer une maladie de Raynaud.

L'exposition à des actions répétitives au fil du temps, comme l'utilisation d'outils électriques vibrants tels que les marteaux-piqueurs ou, dans le cas de Schulte, le yo-yoing, peut également conduire à celle de Raynaud, bien que ce qui est arrivé à Schulte soit extrêmement inhabituel, a expliqué Ratchford à Live Science.

Heureusement pour Schulte, il n’a subi aucun dommage durable de la part de son Raynaud, et sa technique de yo-yo est à peu près la même qu’auparavant – sauf lorsqu’il se produit à l’extérieur dans un froid extrême. Lors de ses spectacles d'hiver, s'il est à l'extérieur, Schulte a tendance à ne pas lancer le yo-yo aussi fort que lors d'une journée chaude, a-t-il déclaré.

"C'est une telle blessure," a déclaré Schulte. "Je ne connais littéralement aucun autre joueur yo-yo qui l’ait eu à part moi."

Publié à l'origine sur Science en direct.

Des astrophysiciens trouvent un nouvel indice à la recherche de la matière manquante de l'univers


Des astrophysiciens trouvent un nouvel indice à la recherche de la matière manquante de l'univers

Représentation artistique des filaments de gaz qui remplissent l'espace intergalactique, avec un diagramme en médaillon illustrant la manière dont ces filaments interagissent avec les rayons X d'un quasar.

Crédit: Copyright Illustration: Springel et al. (2005); Spectre: NASA / CXC / CfA / Kovács et al.

Les astronomes pensent avoir trouvé un nouvel indice dans leur quête continue de résoudre l'un des mystères les plus importants du cosmos: un tiers de la matière de l'univers se cache.

Cette matière manquante n'est pas une matière noire (un casse-tête complètement différent), c'est parfaitement normal, une matière banale que les scientifiques ne peuvent tout simplement pas trouver. Et cela en fait un désagrément cosmique massif pour les astronomes. Mais une équipe de chercheurs a peut-être trouvé un indice qui les aidera à retrouver cette matière manquante, grâce à l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA.

"Si nous trouvons cette masse manquante, nous pourrons résoudre l'un des plus gros énigmes de l'astrophysique", a déclaré l'auteur principal Orsolya Kovács, un doctorant du Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, dans un communiqué de la NASA. "Où l'univers a-t-il caché une si grande partie de sa matière qui compose des objets comme les étoiles, les planètes et nous?" [Our X-Ray Universe: Amazing Photos by NASA’s Chandra X-Ray Observatory]

Kovács et ses collègues de recherche ont voulu explorer une théorie populaire: la matière manquante est cachée dans les filaments filandreux de gaz chauds qui remplissent l'espace intergalactique. Ces filaments sont généralement difficiles à étudier, car les télescopes accordés à la même lumière que nos yeux peuvent voir ne peuvent pas enregistrer ces structures.

Les chercheurs ont donc proposé une solution de contournement. Ils se sont tournés vers les observations de Chandra concernant un quasar appelé H1821 + 643, qui produit un puissant signal de rayons X, estimant que si toute cette matière manquante se cachait vraiment dans les filaments intergalactiques, elle modifierait le signal du quasar. Ils pourraient ensuite travailler en arrière, en comparant leurs attentes à ce qu’ils voyaient.

Ils ont également adapté leur recherche en se concentrant sur des longueurs d'ondes spécifiques de la lumière des rayons X dont ils avaient déterminé qu'elles montreraient le mieux les effets des filaments, compte tenu du quasar particulier observé. Cela signifiait qu'ils pouvaient en réalité utiliser les rayons X du quasar comme un outil plutôt que d'être simplement submergés par ses émissions extrêmement brillantes.

"Notre technique est similaire en principe à la manière de mener une recherche efficace des animaux dans les vastes plaines d'Afrique", a déclaré Akos Bogdan, co-auteur de la nouvelle recherche et astrophysicien au Centre d'astrophysique de Harvard Smithsonian. même déclaration. "Nous savons que les animaux ont besoin de boire, il est donc logique de commencer par chercher des points d'eau."

Au total, l'équipe a identifié 17 filaments différents en utilisant cette approche ciblée. Et les chercheurs ont utilisé leurs observations pour calculer la quantité de masse cachée dans ces filaments. Ces calculs suggèrent que dans ce patch de l'univers, en tout cas, la masse manquante se cache effectivement dans ces structures de filament.

La recherche est décrite dans un article publié le 13 février dans The Astrophysical Journal.

Envoyez un courriel à Meghan Bartels à mbartels@space.com ou suivez-la. @meghanbartels. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom et sur Facebook.

Comment le cerveau garde ses souvenirs dans le bon ordre


Il a commencé à propos de il y a dix ans à l'Université de Syracuse, avec un ensemble d'équations dessinées au tableau. Marc Howard, neuroscientifique cognitif à la Boston University, et Karthik Shankar, qui était alors l'un de ses étudiants postdoctoraux, souhaitaient mettre au point un modèle mathématique du traitement du temps: une fonction neurologiquement calculable pour représenter le passé, comme une toile mentale sur laquelle le cerveau pourrait peindre des souvenirs et des perceptions. "Pensez à la façon dont la rétine agit comme un écran fournissant toutes sortes d'informations visuelles", a déclaré Howard. «C’est l’heure exacte, pour mémoire. Et nous voulons que notre théorie explique le fonctionnement de cet affichage. "

Mais il est assez simple de représenter un tableau d’informations visuelles, telles que l’intensité lumineuse ou la luminosité, en fonction de certaines variables, telles que la longueur d’onde, car les récepteurs dédiés dans nos yeux mesurent directement ces qualités dans ce que nous voyons. Le cerveau n'a pas de tels récepteurs pour le temps. «La perception des couleurs ou des formes est beaucoup plus évidente», a déclaré Masamichi Hayashi, neuroscientifique cognitif à l’Université d’Osaka au Japon. "Mais le temps est une propriété insaisissable." Pour encoder cela, le cerveau doit faire quelque chose de moins direct.

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Cerner ce à quoi cela ressemblait au niveau des neurones est devenu l’objectif de Howard et Shankar. Howard a déclaré que leur seule idée en avant dans le projet était son "sens esthétique qu'il devrait y avoir un petit nombre de règles simples et belles."

Ils ont proposé des équations pour décrire comment le cerveau pourrait théoriquement encoder le temps indirectement. Dans leur schéma, lorsque les neurones sensoriels se déclenchent en réponse à un événement qui se déroule, le cerveau mappe la composante temporelle de cette activité à une représentation intermédiaire de l'expérience – une transformation de Laplace, en termes mathématiques.
Cette représentation permet au cerveau de conserver des informations sur l’événement en fonction d’une variable qu’il peut encoder plutôt qu’en fonction du temps (ce qu’il ne peut pas faire). Le cerveau peut ensuite mapper la représentation intermédiaire dans une autre activité pour une expérience temporelle – une transformation inverse de Laplace – afin de reconstruire un enregistrement compressé de ce qui s'est passé quand.

Cydney Scott / Université de Boston

Les neuroscientifiques cognitifs Marc Howard (à gauche) et Karthik Shankar, maintenant à l'Université de Boston, ont consacré la majeure partie de la décennie écoulée à la mise au point d'un cadre mathématique général permettant au cerveau de créer un contexte temporel pour les mémoires épisodiques.

Avec la permission de Karthik Shankcar

Quelques mois seulement après que Howard et Shankar aient commencé à étoffer leur théorie, d'autres scientifiques ont découvert de manière indépendante des neurones, appelés «cellules temporelles», qui étaient «aussi proches que possible d'un enregistrement explicite du passé», a déclaré Howard. Chacune de ces cellules a été syntonisée sur certains points dans un laps de temps donné, certaines tirant, disons, une seconde après un stimulus et d'autres après cinq secondes, ce qui a essentiellement pour effet de combler les écarts de temps entre les expériences. Les scientifiques pourraient examiner l’activité des cellules et déterminer à quel moment un stimulus a été présenté, en fonction des cellules qui ont tiré. C’était la partie transformation-inverse-Laplace du cadre des chercheurs, l’approximation de la fonction du temps passé. "Je pensais, oh mon dieu, que ces choses au tableau, ça pourrait être la vraie chose", a déclaré Howard.

"C'est à ce moment-là que j'ai su que le cerveau allait coopérer", a-t-il ajouté.

Stimulés par le soutien empirique de leur théorie, ses collègues et lui ont travaillé sur un cadre plus large, qu'ils espèrent utiliser pour unifier les types de mémoire extrêmement différents du cerveau, et plus encore: si leurs équations sont implémentées par des neurones, elles pourraient être utilisées Décrire non seulement l'encodage du temps, mais aussi une multitude d'autres propriétés, même la pensée elle-même.

Mais c’est un gros si. Depuis la découverte des cellules temporelles en 2008, les chercheurs ont eu connaissance détaillée, confirmant l'évidence de seulement la moitié des mathématiques impliquées. L'autre moitié – la représentation intermédiaire du temps – est restée entièrement théorique.

Jusqu'à l'été dernier.

Commandes et horodatages

En 2007, quelques années avant que Howard et Shankar ne commencent à trouver des idées pour leur cadre, Albert Tsao (maintenant chercheur postdoctoral à l'Université Stanford) était un étudiant de premier cycle qui effectuait un stage à l'Institut Kavli pour la neuroscience des systèmes en Norvège. Il a passé l'été dans le laboratoire de May-Britt Moser et Edvard Moser, qui avaient récemment découvert des cellules de la grille – les neurones responsables de la navigation spatiale – dans une zone du cerveau appelée cortex entorhinal médial. Tsao se demandait ce que pouvait faire sa structure soeur, le cortex latéral entoral. Les deux régions fournissent une contribution majeure à l'hippocampe, ce qui génère nos mémoires «épisodiques» d'expériences qui se produisent à un moment donné dans un lieu particulier. Si le cortex entorhinal médial était responsable de la représentation de ce dernier, raisonna Tsao, alors peut-être que le cortex entorhinal latéral abritait un signal temporel.

Le genre de temps lié à la mémoire auquel Tsao voulait penser est profondément enraciné dans la psychologie. Pour nous, le temps est une séquence d'événements, une mesure de l'évolution progressive du contenu. Cela explique pourquoi nous nous rappelons mieux les événements récents que ceux d’il ya longtemps et pourquoi, lorsqu'un souvenir nous vient à l’esprit, nous avons tendance à nous rappeler des événements survenus à peu près au même moment. Mais comment cela s’ajoute-t-il à une histoire temporelle ordonnée et quel mécanisme neuronal l’a rendue possible?

Tsao n’a rien trouvé au début. Il était même délicat de déterminer comment aborder le problème car, techniquement, tout a une qualité temporelle. Il a examiné l'activité neuronale dans le cortex entorhinal latéral de rats alors qu'ils cherchaient de la nourriture dans un enclos, mais il ne pouvait pas faire ce qui ressortait des données. Aucun signal temporel distinct ne semblait émerger.

Tsao a déposé le travail, est retourné à l'école et a laissé les données seules pendant des années. Plus tard, en tant qu'étudiant diplômé au laboratoire Moser, il a décidé de le revoir, en essayant cette fois une analyse statistique des neurones corticaux au niveau de la population. C’est à ce moment-là qu’il a compris: un modèle de tir qui, pour lui, ressemblait beaucoup au temps.

Lui, les Mosers et leurs collègues ont mis en place des expériences pour tester plus avant cette connexion. Dans une série d'essais, un rat a été placé dans une boîte où il était libre de se déplacer et de chercher de la nourriture. Les chercheurs ont enregistré l'activité neuronale du cortex entorhinal latéral et des régions cérébrales voisines. Après quelques minutes, ils ont sorti le rat de la boîte et l'ont laissé se reposer, puis l'ont remis à l'intérieur. Ils l'ont fait 12 fois en environ une heure et demie, en alternant les couleurs des murs (qui pouvaient être noirs ou blanc) entre les essais.

Ce qui ressemblait à un comportement neural lié au temps est apparu principalement dans le cortex latéral entorhinal. La cadence de déclenchement de ces neurones a brusquement augmenté lorsque le rat est entré dans la boîte. Au fil des secondes, puis des minutes, l'activité des neurones a diminué à des vitesses variables. Cette activité a repris de la vigueur au début du prochain essai, lorsque le rat est revenu dans la boîte. Pendant ce temps, dans certaines cellules, l'activité a diminué non seulement pendant chaque essai, mais pendant toute l'expérience; dans d'autres cellules, il a augmenté partout.

Sur la base de la combinaison de ces schémas, les chercheurs – et vraisemblablement les rats – pourraient différencier les différents essais (retracer les signaux jusqu'à certaines sessions de la boîte, comme s'il s'agissait d'horodatages) et les organiser dans l'ordre. Des centaines de neurones semblaient travailler ensemble pour suivre l'ordre des essais et la durée de chacun.

«Vous obtenez des schémas d'activité qui ne consistent pas simplement en des délais de rétention d'informations, mais en analysant la structure épisodique des expériences», a déclaré Matthew Shapiro, neuroscientifique au Albany Medical College de New York, qui n'a pas participé à l'étude.

Les rats semblaient utiliser ces «événements» – changements de contexte – pour avoir une idée du temps écoulé. Les chercheurs soupçonnaient donc que le signal pourrait être très différent lorsque les expériences ne seraient pas si clairement divisées en épisodes distincts. Ils ont donc fait courir des rats sur une piste en huit, dans une série d'essais, parfois dans un sens et parfois dans l'autre. Au cours de cette tâche répétitive, les signaux temporels du cortex entorhinal latéral se sont chevauchés, ce qui indique probablement que les rats ne peuvent pas distinguer un essai d’un autre: ils se sont mélangés dans le temps. Les neurones semblaient toutefois suivre le passage du temps dans des tours uniques, où suffisamment de changements se produisaient d'un moment à l'autre.

Tsao et ses collègues étaient enthousiasmés par le fait qu’ils avaient commencé à comprendre un mécanisme derrière le temps subjectif dans le cerveau, un mécanisme qui permettait de marquer distinctement les souvenirs. «Cela montre à quel point notre perception du temps est si élastique», a déclaré Shapiro. «Une seconde peut durer éternellement. Les jours peuvent disparaître. C’est ce codage en analysant les épisodes qui, pour moi, explique très bien la façon dont nous percevons le temps. Nous traitons des choses qui se passent en séquences, et ce qui se passe dans ces séquences peut déterminer l’estimation subjective de la durée écoulée. »Les chercheurs veulent maintenant apprendre comment cela se passe.

Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine

Les mathématiques de Howard pourraient aider à cela. Lorsqu'il a entendu parler des résultats de Tsao, présentés lors d'une conférence en 2017 et publiés au La nature En août dernier, il était en extase: les différents taux de décroissance observés par Tsao dans l’activité neurale correspondaient exactement aux prévisions de sa théorie sur la représentation intermédiaire de l’expérience du cerveau. «Cela ressemblait à une transformation du temps de Laplace», a déclaré Howard – la pièce de son modèle et de celle de Shankar manquant dans les travaux empiriques.

"C'était un peu bizarre", a déclaré Howard. «Nous avions ces équations au tableau pour la transformation de Laplace et l'inverse à peu près au même moment où les gens découvraient des cellules temporelles. Nous avons donc passé les 10 dernières années à voir l’inverse, mais nous n’avions pas vu la transformation réelle. … Maintenant nous l’avons. Je suis plutôt content.

«C’était passionnant», a déclaré Kareem Zaghloul, neurochirurgien et chercheur aux National Institutes of Health du Maryland, «parce que les données qu’ils ont fournies étaient très cohérentes avec [Howard’s] idées. ”(Dans un ouvrage publié le mois dernier, Zaghloul et son équipe ont montré comment les changements d’états neuronaux dans le lobe temporal humain étaient directement liés aux performances des personnes dans une tâche de mémoire.)

«Il y avait une probabilité non nulle que tout le travail que mes collègues et les étudiants et moi-même ayons fait soit imaginaire. Il s’agissait d’un ensemble d’équations qui n’existait nulle part dans le cerveau ou dans le monde », a ajouté Howard. "Le voir là-bas, dans les données du laboratoire de quelqu'un d'autre – c'était une bonne journée."

Établir un calendrier du passé et du futur

Si le modèle de Howard est vrai, il nous indique comment nous créons et maintenons une chronologie du passé – ce qu'il décrit comme une «queue de comète traînante» qui se prolonge derrière nous au cours de nos vies, devenant plus floue et plus comprimée au fur et à mesure de son recul. dans le passé. Ce calendrier pourrait servir non seulement à la mémoire épisodique dans l'hippocampe, mais également à la mémoire de travail dans le cortex préfrontal et au conditionnement des réponses dans le striatum. Celles-ci «peuvent être comprises comme différentes opérations travaillant sur la même forme d’histoire temporelle», a déclaré Howard. Même si les mécanismes neuronaux qui nous permettent de nous souvenir d’un événement comme notre premier jour d’école sont différents de ceux qui nous permettent de nous souvenir d’un fait comme un numéro de téléphone ou une technique comme faire du vélo, ils peuvent s’appuyer sur cette base commune .

La découverte de cellules temporelles dans ces régions du cerveau («quand vous allez les chercher, vous les voyez partout», selon Howard) semble soutenir l'idée. De même que des découvertes récentes – bientôt publiées par Howard, Elizabeth Buffalo de l'Université de Washington et d'autres collaborateurs -, les singes visionnant une série d'images montrent le même type d'activité temporelle dans leur cortex entoral que celui observé par Tsao chez le rat. "C’est exactement ce à quoi vous vous attendiez: le temps écoulé depuis la présentation de l’image", a déclaré Howard.

Il soupçonne que cet enregistrement ne sert pas seulement à la mémoire, mais à la cognition dans son ensemble. Il propose que les mêmes mathématiques nous aident également à comprendre notre vision de l'avenir: il s'agit de traduire les fonctions impliquées. Et cela pourrait très bien nous aider à comprendre le chronométrage car il est impliqué dans la prédiction des événements à venir (quelque chose qui est lui-même basé sur des connaissances tirées d’expériences passées).

Howard a également commencé à montrer que les mêmes équations que le cerveau pourrait utiliser pour représenter le temps pourraient également être appliquées à l'espace, à la numération (notre sens des nombres) et à la prise de décision basée sur les preuves recueillies – en réalité, à toute variable pouvant être mise dans le langage de ces équations. «Pour moi, ce qui est attrayant, c’est que vous avez en quelque sorte construit une monnaie neuronale pour réfléchir», a déclaré Howard. "Si vous pouvez écrire l'état du cerveau … ce que font des dizaines de millions de neurones … en tant qu'équations et transformations d'équations, c'est la pensée."

Lui et ses collègues ont travaillé à l’extension de la théorie à d’autres domaines de la cognition. Un jour, de tels modèles cognitifs pourraient même conduire à un nouveau type d’intelligence artificielle reposant sur des fondements mathématiques différents de ceux des méthodes d’apprentissage en profondeur d’aujourd’hui. Le mois dernier seulement, les scientifiques ont mis au point un nouveau modèle de perception du temps par réseau neuronal, basé uniquement sur la mesure et la réaction aux changements d'une scène visuelle. (Cependant, l'approche s'est concentrée sur la partie entrée sensorielle de l'image: ce qui se passait à la surface et non au fond des régions du cerveau liées à la mémoire étudiées par Tsao et Howard.)

Mais avant que toute application à l'IA soit possible, les scientifiques doivent déterminer comment le cerveau lui-même y parvient. Tsao reconnaît qu’il reste encore beaucoup à découvrir, y compris ce qui pousse le cortex latéral entorhinal latéral à faire ce qu’il fait et ce qui permet plus particulièrement aux souvenirs d’être marqués. Mais les théories de Howard offrent des prédictions concrètes qui pourraient aider les chercheurs à tracer de nouvelles voies vers des réponses.

Bien sûr, le modèle de Howard sur la façon dont le cerveau représente le temps n’est pas la seule idée qui existe. Certains chercheurs, par exemple, établissent des chaînes de neurones liés par des synapses qui se déclenchent séquentiellement. Ou bien il pourrait s’avérer qu’un type de transformation différent, et non la transformation de Laplace, est en jeu.

Ces possibilités ne freinent pas l’enthousiasme de Howard. «Tout cela pourrait encore être faux», a-t-il déclaré. "Mais nous sommes excités et travaillons dur."

Récit original réimprimé avec l'autorisation de Quanta Magazine, une publication indépendante de la Fondation Simons, éditoriale et indépendante, dont la mission est d'améliorer la compréhension du public par la science en couvrant les développements de la recherche et les tendances en mathématiques, en sciences physiques et en sciences de la vie.


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Une cellule jaune ressemblant à des taches se transforme en salamandre frétillante dans une vidéo surréaliste en Time-Lapse


Le "miracle" de la vie rencontre la biologie cellulaire dans un fascinant intervalle de 6 minutes en une cellule se divisant apparemment sans fin jusqu'à ce que ce qui était autrefois une tache jaune soit devenu un têtard tordu et flétri de salamandre.

"Je voulais filmer l'origine de la vie", a déclaré Jan van IJken, photographe et réalisateur basé aux Pays-Bas, qui a créé le court-métrage "Becoming", récemment sorti.

Mais que se passe-t-il exactement dans ce film? Live Science a appelé un biologiste du développement pour en savoir plus. [Photos: Bizarre Frogs, Lizards and Salamanders]

Van IJken était intelligent pour choisir un triton alpin amphibie. "Vous pouvez regarder directement dans l'œuf", a-t-il déclaré à Live Science. "Ils sont transparents et vous pouvez voir tout le processus." Il a donc contacté un éleveur de salamandres et a ramassé quelques dizaines d’œufs fécondés.

Mais comme il ne reste que quelques heures entre la fécondation et la première division cellulaire, van IJken a dû rentrer à la maison et, comme un microchirurgien, dérouler et décoller chaque œuf de la feuille où la mère la salamandre l'avait soigneusement collé. "Parfois, j'étais juste à temps", a déclaré van IJken.

Ensuite, il a placé les œufs dans des boîtes de Pétri remplies d’eau et a pris des milliers de photos à l’aide d’une caméra fixée à un microscope pendant quatre semaines.

Dans cette première photo, vous pouvez voir l'œuf fécondé (également appelé embryon) dans la membrane protectrice vitelline transparente, a déclaré Lionel Christiaen, professeur agrégé de biologie à l'Université de New York, qui ne participait pas au film. Cette membrane "aide à garder l'œuf humide et empêche les agents pathogènes de pénétrer", a déclaré Christiaen à Live Science.

En peu de temps, l'embryon de salamandre jaune s'est déjà divisé en centaines de cellules.

En peu de temps, l'embryon de salamandre jaune s'est déjà divisé en centaines de cellules.

Crédit: Devenir, un film de Jan van IJken

Ensuite, l'embryon se divise comme un maniaque. Plutôt que d’agrandir en taille, l’embryon augmente son nombre de cellules à chaque division, le tout dans le même espace. Il y a un décalage lorsque chaque cellule réplique le matériel génétique qui s'y trouve puis se divise, selon un processus appelé mitose, a déclaré Christiaen.

À peu près à la minute du film, un "trou" apparaît dans l'embryon. Le processus qui crée le trou s'appelle la gastrulation, lorsque l'embryon s'organise en trois couches de cellules distinctes. Lewis Wolpert, un biologiste du développement à la retraite, a souligné l'importance de la gastrulation. "Ce n'est pas la naissance, le mariage ou la mort, mais la gastrulation qui est vraiment le moment le plus important de votre vie".

Au stade de la gastrulation, l’embryon est constitué de milliers de cellules, et certaines savent déjà qu’elles-mêmes, ou leur progéniture, deviendront des cellules du cerveau, des cellules de l’intestin ou autre chose. "Mais beaucoup de ces cellules sont encore à l'extérieur de l'œuf", a déclaré Christiaen. Au cours de la gastrulation, les cellules se déplacent et s'organisent en allant vers la couche la plus externe, ou l'ectoderme (système nerveux, cellules de la peau et cellules pigmentaires); le mésoderme (intestin, muscles et globules rouges); ou la couche interne, ou endoderme (cellules pulmonaires, cellules thyroïdiennes et cellules pancréatiques).

À peu près au 1/50, l’embryon a l’impression de mettre un manteau. Ce processus s'appelle neurulation, a déclaré Christiaen, et il se produit lorsque le tube neural s'enroule. Après cette étape, presque tout ce qui se trouve à l'extérieur de l'embryon est là pour rester. Cela consiste principalement en la peau protectrice de l'organisme. [In Photos: How Snake Embryos Grow a Phallus]

Au bout de 3 minutes environ, vous pouvez voir les bourgeons de membres se former. Bientôt, vous pourrez distinguer la tête de la queue. Van IJken a cessé de prendre des photos pendant un certain temps et est passé à la vidéo dès que l'embryon a bougé, a-t-il noté.

Peu de temps après, un tube qui finit par devenir le cœur commence à se former, a déclaré Christiaen. Et une fois que le coeur bat, le sang coule. Vous pouvez même voir le sang couler à travers les ouïes, structures qui aident l'animal à échanger des gaz afin qu'il puisse respirer sous l'eau.

La salamandre en développement se contracte à mesure qu'elle vieillit, probablement parce que son cerveau en pleine croissance apprend à contrôler les muscles de l'animal, a déclaré Christiaen.

Enfin, le têtard jaune se détache de la membrane protectrice. On ne sait pas comment l'animal sait quand faire cela, mais les hormones pourraient jouer un rôle, a déclaré Christiaen. "Il n'y a pas de réponse satisfaisante" à cette question, a-t-il déclaré.

Regarder les têtards éclore "était incroyable", a déclaré van IJken. "C'est incroyable comme ce mécanisme d'horlogerie interne donne vie à tout cela. C'est un véritable miracle, une cellule se divise pour devenir cet animal."

Et le cercle de la vie continue, a-t-il noté. Après que les têtards aient éclos, van IJken les rendit à l'éleveur et se mit au travail pour monter le film.

Note de la rédaction: Live Science joue à "Devenir" pendant un mois. Après cela, vous pourrez voir le film chez Jan van IJken Page Vimeo.

Publié à l'origine sur Science en direct.

Des singes avec des yeux de superpuissance pourraient aider à guérir le daltonisme


Dans la vidéo, Dalton, un singe écureuil gris à la beauté absurde, s'appelle Dalton et pose sa tête contre un écran d'ordinateur devant lui. Les yeux écarquillés et mutton coupé, Dalton a tout à fait la configuration – l'écran, large en termes d'écureuil-singe, affiche des points de différentes tailles et couleurs. En dessous se trouve un bassin de la taille d'un singe, comme un évier dans une cuisine de maison de poupée rénovée avec des installations en acier inoxydable.

Dalton est en train de faire science. Les singes-écureuils mâles ne voient pas bien la couleur; ils ont une sorte de daltonisme rouge-vert. Les yeux de Dalton ne voient vraiment que les longueurs d'onde moyennes et courtes de la lumière – les bleus et les verts, et leur couleur de chevauchement, le jaune. Il est ce que les scientifiques de la vision appellent un protanope. Sans récepteur pour les teintes rougeâtres, il voit les rouges comme des jaunes foncés et des marrons jaunes, et les verts comme principalement des jaunes – dans la mesure où les mots de couleur humaine signifient n'importe quoi pour un singe.

Il ne fait pas vraiment la tête; Dalton est entraîné à indiquer quand il peut voir une couleur à l'écran. «En fait, il touche sa langue avec beaucoup d’attention sur l’écran», explique Jay Neitz, chercheur en vision des couleurs à l’Université de Washington. Jay déclare que Dalton tire la langue parce qu'il sait que lorsqu'il reconnaît une couleur, une goutte de jus de raisin apparaît dans le bassin. Dalton aime vraiment le jus de raisin. Et un petit clic sonnera en arrière-plan, un autre élément de renforcement. Quand il voit une couleur, il lui donne un petit bisou.

Lorsque Dalton ne parvient pas à trouver une couleur ou embrasse la mauvaise partie de l’écran, un clic moins agréable remplace le clic. Aussi: pas de jus de raisin. Lorsque cela se produit, Dalton prend parfois des hypothèses aléatoires. Ou il regarde simplement autour de la salle, apparemment un peu frénétique.

"Est-il en colère?" Je demande.

«C’est plutôt comme quoi, bordel?» Dit Neitz. «Parfois, ils attrapent le plateau. C’est une frustration. »D’une vidéo à l’autre, les nuances de rouge dispersées parmi les gris disparaissent. La sonnerie retentit, le jus de raisin n'apparaît pas. Le corps de Dalton adopte la posture d’un primat qui aimerait beaucoup parler à un responsable, s’il vous plaît.

Il y a ensuite une discontinuité, un saut dans le temps une semaine plus tard. Hors écran – c'était en 2009 – Dalton subit une opération délicate. Un chirurgien insère une longue aiguille dans l’œil de Dalton, jusqu’à la rétine du récepteur, sensible à la lumière et située dans le dos. Avec cette seringue de microlitre, le chirurgien injecte une infime goutte de liquide. «Cela crée un décollement de la rétine qui ressemble à une ampoule», explique Neitz. Le chirurgien le fait à trois endroits, à 120 degrés les uns des autres, dans les deux yeux.

C'est là que Dalton a apparemment des super pouvoirs. Dans cette histoire d'origine, Neitz et son épouse Maureen, un généticien, sont les scientifiques qui créent le sérum de super-singe.

Le fluide contient un virus, en particulier un adénovirus, une variété d’agents pathogènes courante qui comprend le rhume. Celui-ci a été nettoyé des éléments qui le rendent germinatif, réutilisé pour porter une bande d'ADN soigneusement conçue enveloppée dans une boule de protéine.

Les virus sont bons pour détourner les mécanismes génétiques d’une cellule. Habituellement, ils le font pour piéger les cellules en leur faisant produire davantage de virus; c'est ce qu'on appelle une infection. Ici, dans le globe oculaire de Dalton, l’adénovirus modifié contient des instructions pour enseigner aux cellules en forme de cône de la rétine du singe qui détectent normalement la longueur d’onde moyenne, la lumière verdâtre de détecter plutôt (ou peut-être aussi) les longueurs d’onde plus longues et rougeâtres.

Beaucoup doit aller bien. Le virus doit adhérer à la cellule et échapper au système immunitaire du singe. Il doit intégrer le nouveau gène dans le noyau de la cellule et l'intégrer à l'ADN existant. Le gène doit effectivement être activé et commencer à fabriquer des protéines. Cela va rarement bien. «Nous avons travaillé sur des moyens d’améliorer l’efficacité», déclare Neitz. Au titre viral le plus élevé, 30% seulement des cellules infectées activent le gène. Mais ceux qui le feront exprimeront non pas un seul photopigment mais deux. Un cône une fois en longueur d'onde moyenne aura également un récepteur en longueur d'onde longue. Nominalement, il verra du rouge et Dalton aura une superpuissance de singe.

Maintenant, Neitz lance une nouvelle série de vidéos. C'est encore Dalton, post-opération. Des points rouges apparaissent parmi le vert sur l'écran. Dalton les choisit tout de suite. Lécher. Cliquez sur. Jus. Encore une fois: différents points rouges parmi différentes couleurs. Lécher, cliquez, jus. Dalton est imparable. Il les a presque tous l'un après l'autre.

Un singe aux yeux génétiquement modifiés n’est même pas ce qui frappe le plus chez Neitz ici. C’est ce que dit Dalton à propos de la génétique de la vision des couleurs. La plupart des mammifères sont des bichromates – ils n’ont que deux photorécepteurs pour la couleur. Mais certains primates, y compris les humains, sont trichromatiques. Comment et pourquoi cette capacité a évolué reste un mystère, mais être capable de l'induire dans un dichromat comme Dalton en dit long sur la vision des couleurs. Cela en dit aussi beaucoup sur la façon dont le cerveau traite la couleur. Oh, et cela pourrait être un remède contre le daltonisme rouge-vert chez les personnes.

De retour en 1672 la Transactions philosophiques de la Royal Society– la première véritable revue scientifique – a publié le travail décisif d’Isaac Newton montrant qu’un prisme pouvait transformer la lumière blanche du soleil en couleurs de ce qu’il appelait le spectre. Un peu plus d'un siècle plus tard, en 1777, ce même journal publiait un récit qui cimentait cette découverte, un aperçu littéral. La lumière peut être faite de couleur, mais tout le monde ne peut pas voir ces couleurs. Dans ce cas, un cordonnier de Cumberland nommé Harris ne pouvait pas savoir quand les objets étaient rouges. Ni pouvait ses frères. Et quand l'un de ces frères a vu un arc-en-ciel, il «pouvait distinguer les différentes couleurs; signifiant seulement qu'il était composé de différentes couleurs, car il ne pouvait pas dire ce qu'elles étaient. "

De plus en plus d’enquêteurs ont commencé à raconter des histoires similaires sur le daltonisme, un déficit qui s’est avéré crucial pour la compréhension scientifique de la perception des couleurs par l’homme. En 1798, une décennie avant d’introduire l’idée des atomes dans la chimie, le chimiste anglais John Dalton (et son homonyme au singe-écureuil) révéla Mémoires de la Société littéraire et philosophique de Manchester que toutes ces fois où il devait demander à ses collègues botanistes amateurs de quelle couleur était une fleur, il ne plaisantait pas. «Malgré cela, je n’étais jamais convaincu d’une particularité dans ma vision, jusqu’à ce que j’ai accidentellement observé la couleur de la fleur de la Géranium zonale à la lumière des bougies, à l'automne 1792 », écrit Dalton. «La fleur était rose, mais elle m’apparaissait presque comme un bleu ciel exact le jour; à la lumière des bougies, cependant, elle a été étonnamment changée: elle n’avait alors pas de bleu, mais était ce que j’appelais le rouge. »Le frère de Dalton a également vu la fleur de cette façon.

Devenant son propre sujet de recherche, Dalton a commencé à expérimenter. Il réalisa que la plupart des gens voient six couleurs dans le spectre newtonien. «Je ne vois que deux ou au plus trois distinctions», a écrit Dalton. Le rouge, l'orange, le jaune et le vert étaient tous «jaunes» pour lui. Tout le reste était bleu. À la lumière des bougies, les couleurs étaient différentes de celles du jour.

Dalton l'homme, comme Dalton le singe, était un protanope. Même aujourd'hui, la condition s'appelle parfois daltonisme. (Elle touche environ 1% des hommes et une fraction beaucoup moins importante de femmes; la forme la plus courante de daltonisme rouge-vert, une mutation appelée deutéranopie dans le cône qui détecte la lumière verdâtre à longueur d'onde moyenne, est un peu plus fréquente— 6% des hommes.) L’implication de tous ces frères imaginés de la même façon était que le daltonisme régnait d’une manière ou d’une autre dans les familles – bien que celle de Darwin L'origine des espèces et le concept d'évolution était encore six décennies dans le futur.

Ce n’était pas seulement comment l’œil fonctionnait. À la fin du XVIIIe siècle, le problème de la couleur attira non seulement l’intérêt intense des scientifiques qui étudient l’œil et le cerveau mais aussi les philosophes s’intéressant à la nature même de la conscience. Les questions couleur soulevées ont mis à jour des fractures dans l’art et la technologie à l’aube de la révolution industrielle.

La couleur a-t-elle été absorbée ou réfléchie? La lumière était-elle composée de particules minuscules (comme le disait Newton) ou d'ondes? Et si c’était des vagues, par quel moyen ont-ils voyagé? Comme l'a écrit l'historienne de l'art Melissa Katz, le palais des pigments industriels disponibles doublerait au cours des 100 prochaines années: un long voyage des rouges et jaunes paléolithiques aux bleus et verts classiques du monde moderne colorisé au jaune écarlate, blanc zinc, jaune cadmium, violet manganèse. Et pourtant, malgré la prolifération d’une panoplie de nouvelles couleurs, il n’existait pas de construction théorique convenue qui expliquait comment les gens les absorbaient tous. En fait, il y en avait deux.

En 1801, Thomas Young, un génie du génie, décida que la lumière était composée non seulement d’ondes (voyageant dans un "éther de lumière" qui n’était pas vraiment une chose, mais restait fidèle à lui). À l'aide de calculs de Newton lui-même et d'une assez bonne estimation de la vitesse de la lumière, Young a pu quantifier la longueur d'onde de différentes couleurs. Le rouge, a-t-il dit, représente «482 millions de millions d'ondulations en une seconde». Le vert représente 584 millions de millions. Comme le note John Mollon, chercheur en vision, dans Vision de couleur normale et défectueuse, si vous convertissez ces mesures en nanomètres, elles sont très proches des valeurs modernes.

Young ne s’est pas arrêté là. La longueur d'onde est en fait une métrique continue avec un nombre infini de couleurs possibles; les estimations du nombre de couleurs que les humains voient vont de 2 millions à plus d'un milliard. Mais «comme il est presque impossible de concevoir que chaque point sensible de la rétine contienne un nombre infini de particules, chacune capable de vibrer à l’unisson avec toutes les ondulations possibles, il devient nécessaire de supposer un nombre limité, par exemple, aux trois couleurs, rouge, jaune et bleu ", a déclaré Young.

Peu importe ce qui se passait dans les yeux, disait Young, c’était un mélange de sensations pour produire tous ces millions de couleurs à partir de seulement trois. Il n’a pas été le premier à suggérer que l’œil humain avait trois récepteurs pour différentes couleurs, mais c’était lui qui faisait le plus de bruit.

En 1852, Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz publia un article sur la vision des couleurs qui distinguait le mélange de pigments: mélanger les peintures rouge et verte pour obtenir du jaune (ou, dans le monde réel, du brun, mais il ne faisait que noir jaune en tout cas) et le mélange de lumière. Choisissez les bons éclairages colorés, les compléments les uns des autres, et mélangez-les ensemble pour obtenir du blanc. Hemholtz était à l’origine sceptique face à l’approche de Young, notamment parce qu’en mélangeant d’autres lumières colorées, les résultats étaient désaturés, comme des pastels.

En proposant un moyen de quantifier la perception des couleurs par les gens, James Clerk Maxwell – qui a ensuite écrit les équations qui définissent encore l’électromagnétisme – a permis à Helmholtz de se faire connaître. Maxwell s'est rendu compte que chaque perception de la couleur affectait plus ou moins les trois sensations proposées par Young. Personne n'a jamais vu une vraie teinte spectrale hypersaturée. Mais pour prouver qu’il pouvait y avoir des couleurs en dehors de la capacité fondamentale de les voir, Maxwell s’est rendu compte qu’il aurait besoin de quantifier les observations de couleurs de personnes ne ressentant aucune des sensations de Young. En d'autres termes, il avait besoin de personnes daltoniennes.

Maxwell a développé un espace colorimétrique théorique, un triangle composé de rouge, de vert et de bleu aux sommets. Il aurait appris à générer une équation pour toute couleur possible dans cet espace en utilisant des disques rotatifs et du papier coloré. travaillant avec des daltoniens, il s’est aperçu que toutes les couleurs qu’ils confondaient avec une couleur quelconque allaient de la couleur au coin rouge du triangle. Par conséquent, il manquait le récepteur rouge ou, comme l'a décrit Maxwell, un dichromat. La sensation fondamentale du rouge était en dehors du triangle de cette personne.

Helmholtz l'a acheté – durement. Dès les années 1850, tout le monde a commencé à appeler l'idée de trois récepteurs pour la couleur dans l'œil la théorie de Young-Helmholtz. Moins de dix ans plus tard, les scientifiques étaient largement d’accord sur le fait que ces perceptions étaient localisées dans les cellules coniques de la rétine.

Je vous ai cependant promis deux théories. Adhérent d’une tradition scientifique allemande plus mystérieuse et mystique, Ewald Hering, un boursier de Saxe, se battait contre Helmholtz depuis qu’il avait obtenu son doctorat en médecine à l’Université de Leipzig en 1860. (Je suis particulièrement reconnaissant à R. Steven Turner. livre Dans les yeux: la vision et la controverse de Helmholtz-Hering Hering se demandait: Pourquoi une personne peut-elle imaginer un vert bleuâtre ou jaunâtre mais pas rougeâtre? Ou un bleu qui est rougeâtre ou verdâtre mais pas jaunâtre? Si vous décidez que le rouge, le vert, le bleu et le jaune sont les quatre couleurs fondamentales – Urfarben, comme les appelait Hering, les scientifiques disent aujourd'hui «teintes uniques» – alors pourquoi les gens ne peuvent-ils pas voir, ni même concevoir, rouge-vert et bleu jaune? Les couleurs étaient adversaires ou antagonistes. L'allemand a un mot pour ça! Ils sont Gegenfarben.

Et l'idée que trois capteurs seulement peuvent représenter toutes les couleurs? "On est alors obligé de décrire le jaune, par exemple, comme un rouge vert ou un vert rouge, le bleu comme un violet vert ou vert violet", écrit Hering dans Contours d'une théorie du sens de la lumière. Ce n’est pas grave en soi, mais «une telle façon d’attribuer des noms à des couleurs n’exprime pas du tout en quoi et dans quelle mesure les couleurs semblent interreliées». En d’autres termes, l’espace colorimétrique triangulaire tricolore ce n'est pas comme ça que les gens voient.

Hering a redessiné l'espace colorimétrique selon sa théorie de l'adversité, un cercle avec le rouge opposé vert et le bleu opposé jaune. Lorsque le rouge se superpose au bleu, vous obtenez divers violets; ceux qui s’opposent aux chartreuses où le jaune se superpose au vert. Le daltonisme rouge-vert était, pour Hering, un manque de capacité à percevoir l'axe adverse rouge-vert. Essayer de comprendre comment les expériences d'observation de la couleur, plus phénoménologiques et en parfaite harmonie avec ce que les gens savaient du fonctionnement de l'œil (ou parfois du non-fonctionnement), ont consommé la recherche sur la vision de la seconde moitié du XXe siècle.

Le laboratoire Neitz occupe près de deux étages d'un bâtiment situé dans le quartier de South Lake Union à Seattle, qui était connu pour ses péniches et ses discothèques ayant une attitude désinvolte à l'égard de l'âge de leurs clients. Aujourd’hui, il abrite un nombre vertigineux de quasi-cubes tout à fait modernes: laboratoires de recherche de l’Université de Washington, siège de Google, siège de Google, plusieurs bureaux d’Amazon et entreprises dont les noms sonores de science-fiction sont criblants comme NanoString. Un nouveau QG Facebook en construction à côté de l'Institut Allen. On a l'impression que beaucoup de choses dans cette partie de la ville utilisent des chaînes de blocs pour quelque chose.

Dans les petites salles situées à l’extérieur des différents couloirs du laboratoire, les instruments avancés de recherche sur la vision s’étalent comme des jeux virtuels dans une salle de jeux vraiment difficile. Neitz, un homme maigre et souriant, portant un pull en molleton standard et de jolis souliers de sport, me montre l'un des gadgets les plus récents: un microscope électronique à balayage avec un microtome automatisé à l'intérieur, la version scientifique d'un coupe-viande.

Il prend une image puis coupe 50 nanomètres de ce qu’il regarde, puis prend une autre photo. Un ordinateur assemble les tranches dans une structure complète, à l'intérieur et à l'extérieur. Et quoi qu’il en soit, c’est la rétine d’un singe.

À l'écran, il ressemble à une mosaïque de Joan Miró, toutes les formes courbes se penchant l'une dans l'autre. Selon Neitz, les interfaces sont les plus sombres, là où les neurones se parlent, littéralement là où le glutamate de neurotransmetteur circule d'un neurone à travers une synapse. «Nous pouvons voir ce que personne d'autre sur terre ne peut voir», dit Neitz, non sans un peu d'orgueil. "Les endroits où les cellules communiquent sont très, très distinctifs."

Leur vision au laboratoire est encore meilleure que cela. «Nous sommes en mesure de distinguer les cônes bleus des rouges et des verts», explique Neitz. (Et le bleu ne représente qu'environ 6% du total.) «Nous pouvons déterminer où se trouve l'information sur la lumière de courte longueur d'onde dans la rétine.»

Les Neitz se sont mariés en 1981 et ont obtenu leur doctorat en 1986. À l’époque de leurs études supérieures, Maureen travaillait en génétique et Jay en neuroscience. Il s'est rendu compte que la couleur et le daltonisme étaient une sorte d'expérience naturelle sur la conscience; Maureen pensait que la génétique moléculaire pourrait aider à le comprendre. Quand ils ont obtenu leur doctorat, ils ont décidé de travailler ensemble. Son bureau est en bas et le sien est en haut. «Notre capacité à travailler ensemble a…» commence-t-il.

«—Améliorée, finit-elle.

L'oeil de primate a quatre photopigments photosensibles dans la rétine, à l'arrière. Il y a de la rhodopsine, trouvée non pas dans les "cônes" qui perçoivent la couleur mais dans d'autres cellules appelées des bâtonnets, utilisées dans des conditions de faible luminosité. Il existe trois autres types de cônes dans les cônes: l'un sensible aux longueurs d'onde plus longues pour les rouges, un aux longueurs d'onde moyennes pour les verts et un autre aux longueurs d'onde courtes pour les bleus. C'est la théorie de Young-Helmholtz faite chair.

Mais là où la théorie le veut, cette chair est faible. Les primates du vieux monde – les macaques, les babouins, les hommes – ont généralement une vision trichromatique. Les primates du Nouveau Monde, comme les singes-écureuils, sont étranges. Certains singes-écureuils sont des trichromates et d'autres des dichromates – mais tous les trichromates ne voient pas les mêmes couleurs. Certains sont des «trichromates anormaux», une forme courante de daltonisme.

C'est la faute des photopigments, en quelque sorte. Au début, le mentor de Neitz, Gerald Jacobs, a appris que les singes écureuils ont cinq. Il y a court, moyen et long, mais aussi un à mi-chemin entre le rouge et le vert. Certains ont seulement les pigments rouges et les pigments intermédiaires. Ils sont deutéranomaux. Certains ont les pigments verts et les pigments intermédiaires. Ils sont protanomaux. Et certains protanopes n'ont que le vert. Les mâles sont tous des dichromates. Certaines femelles sont des trichromates.

Alors, comme, bon sang, non? Les mammifères typiques du chromosome ont deux soi-disant chromosomes sexuels. Les mâles ont un X et un Y; les femelles ont un X et un X. Le modèle d'héritage est donc délicat. La progéniture mâle reçoit le Y de son père et l’un des X de sa mère. Les filles obtiennent le X de leur père et, encore une fois, un des X de leur mère. Chez les mâles, ces deux chromosomes fabriquent des protéines, mais chez les femelles, l’un des X de chaque cellule est réduit au silence – on parle d’inactivation du X.

Un petit problème: le gène pour le photopigment bleu, à longueur d’onde courte, ne se trouve pas sur un chromosome sexuel. Mais les deux autres sont.

Chez les singes, les photopigments proviennent d'un seul gène situé sur le chromosome X – à l'exception que ce gène a trois formes possibles, ce que les généticiens appellent les allèles. Donc, tous les hommes étaient en réalité trois types de dichromates.

Les femelles avaient alors six variétés différentes – trois sur chaque X. «Si vous êtes une femme et que vous obtenez un rouge sur un X et un vert sur l'autre X, dans environ la moitié des cônes, vous obtenez le X avec le rouge et l'autre moitié obtiendra le X avec le vert. Voilà, la femelle aura ces deux cônes », en plus de leurs cônes bleus, explique Neitz. Mais les mâles n'ont que leurs cônes bleus «et soit juste rouge, juste vert ou juste entre les deux».

Les Neitz se sont penchés sur le mécanisme de base du fonctionnement de ces photorécepteurs, et c’est un doozy. Un photopigment comprend deux parties principales: l'opsine est une protéine relativement géante qui se loge à travers la membrane de la cellule rétinienne à la manière d'un tas de pâtes de rotinis trop cuites. Au cœur de ce complexe, peu importe la couleur détectée, se trouve une petite molécule appelée chromophore. Celui-ci en particulier, 11-cis-retinal, est une chaîne de carbone avec une courbure en dogleg à une double liaison le long de sa colonne vertébrale.

En tant que classe, ce système s'appelle un récepteur couplé à la protéine G, un capteur situé à l'extérieur de la cellule et connecté à une machine à l'intérieur. Certains déclencheurs frappent le capteur et déclenchent une cascade d’activités qui active une protéine G dans la cellule, déclenchant une chaîne d’activités biologiques du type Rube Goldbergian, comme la libération d’un neurotransmetteur.

Dans les bâtonnets et les cônes, le déclencheur est la lumière, une particule subatomique appelée photon. N'oubliez pas que la longueur d'onde n'est qu'un moyen de penser à la lumière. La «couleur» correspond aussi approximativement à la quantité d'énergie contenue dans un photon. Si je vous parle de la lumière avec une longueur d’onde de, disons, 540 nm – c’est un vert légèrement jaunâtre – je suis également en disant que c'est un photon avec une énergie de 222 kilojoules par mole. Même chose.

Lorsqu'un photon frappe la double liaison dogleg du chromophore, l'une de ces liaisons se rompt. La moitié de la molécule tourne. Le chromophore change littéralement de forme, se redressant. «Et ce redressement pousse l’opinion à la place», a déclaré Greg Horwitz, neuroscientifique à l’Université de Washington. "Quand il se redresse, il pousse un peu contre la protéine opsine, et la protéine change de forme, de sorte qu'elle peut maintenant interagir avec la protéine G." Le mécanisme de Rube Goldberg commence à se mettre en marche; il y a un changement de tension à travers la membrane de la cellule, et c'est la première étape de la vision.

Damned si ce n’est pas encore plus fou que ça. Le chromophore ne peut pas simplement se redresser tout seul. Il est transporté hors du cône vers une autre cellule, replié en forme de morceau de barre d’armature sur lequel une pelle rétrocaveuse s’est écrasé et retourné dans les cônes. «C’est un détail, mais c’est tellement bizarre», dit Horwitz.

Au fond de cet amas de chaînes d’acides aminés, la lumière se transforme en un mouvement mécanique qui se transforme en un signal neuroélectrique qui, dans le cerveau, devient une appréhension consciente de la couleur. Les acides aminés spécifiques dans l'opsine déterminent la longueur d'onde de la lumière à laquelle le chromophore répondra.

Les couleurs de longueur d'onde supérieure, vers le rouge, ont une énergie inférieure. «La protéine exerce une pression sur cette double liaison, la tordant», dit Neitz. "Si elle tourne dans la bonne direction, il faut moins d'énergie à un photon pour le casser et le refaire." Plus l'énergie mécanique de la protéine est importante, plus la lumière utilise moins d'énergie pour déclencher la réponse – une longueur d'onde plus longue. Et vice versa.

Dès que les cellules à l'arrière de l'œil transduisent les photons qui entraient par l'iris, il n'y a plus de «couleur». Une fois que le chromophore a absorbé son photon et que l’opine autour de lui a déterminé s’il va s’allonger droit ou pas, la longueur d’onde réelle n’a plus d’importance.

Techniquement, cela s'appelle univariance et cela signifie que différentes choses peuvent déclencher le même cône. La longueur d'onde de la lumière pourrait être plus proche de la sensibilité maximale, ou il pourrait y avoir plus de lumière globale, ou les deux. Donc, le simple ping d'un cône ne signifie pas une couleur. Comment pourrait-il? Si le système était aussi direct, vous ne pourriez voir que le rouge, le vert, le bleu ou l’ensemble brillant, mais pas le jaune. Il n’ya pas de récepteur unique pour cela.

Le complexe global ne comprend que le nombre de fois que cela se produit, le nombre de photons absorbés par le système. Le monde extérieur des longueurs d'onde et des photons, des pigments qui réfléchissent et absorbent la lumière? Tout se tourne vers la fiction dès qu'elle atteint le fond de l'œil. C'est une histoire. Mais dans le cerveau, nous n'avons que des histoires.

C’est là que je prends une pause. «Ce n’est pas comme ça que je l’aurais conçu», dis-je finalement.

«Je suis habitué à ça maintenant», répond Neitz. "Rien n'est comme nous pourrions le concevoir."

Mais ce n’est pas C'est tout à fait vrai, car les Neitz ont pris le parti de concevoir leur propre complexe opsine-chromophore.

Maureen a grandi à Sunnyvale, tout près de Palo Alto et du laboratoire de Stanford où travaillait Jeremy Nathans. Ils se sont rencontrés à l’université; Nathans avait dit aux Neitz qu'il travaillait sur le séquençage des gènes responsables de la fabrication de ces opsins. Alors, pour rendre visite à la famille de Maureen, les Neitz se sont arrêtés pour voir Nathans. Et il l’a fait. L’équipe possédait les gènes des opsines L, M et S – les gènes de Nathans, en fait. Ils avaient séquencé le sien.

Les Neitz ont demandé à Nathans s'ils pouvaient emprunter un gène.

Les scientifiques peuvent être aussi controversés et compétitifs que tout autre être humain. Mais Nathans se dirigea vers un congélateur et en sortit un échantillon, le pipeta un peu dans un tube, le couvrit et le donna à Maureen. Elle le mit dans son sac à main.

Maureen a pu modifier un seul nucléotide, l'une des lettres de code A-C-G-T qui composent le verbiage de l'ADN, afin de modifier l'absorbance maximale du photopigment pour lequel elle était codée. De toute façon, les cônes ne sentent pas les couleurs spécifiques – leurs sensibilités sont en réalité des courbes en forme de cloche. La S-opsine à longueur d'onde courte dépasse de 420 nm, un violet profond, mais se chevauche légèrement avec les deux autres dans les 400 premières fréquences. La m-opsine et la L-opsine culminent à 530 nm et 560 nm, respectivement, et se chevauchent presque complètement, ce qui n’est pas une surprise, car la L-opsine est une mutation récente. Les gènes de L et M sont en fait identiques à 98%.

«Peu à peu, nous avons commencé à mettre au point la génétique du daltonisme chez l'homme», explique Jay Neitz. «La chose la plus courante est que les humains perdent un gène sur le chromosome X. Nous disons qu’il s’agit essentiellement d’une mutation inverse. Les humains redeviennent un singe écureuil.

C'était un cercle complet. Les Neitz avaient une explication moléculaire à un phénomène sur lequel discutaient les scientifiques de la vision depuis les années 1700. «En ophtalmologie, en particulier au début», dit Neitz, «nous avons toujours dit qu’une fois que nous découvrons la cause d’un problème, nous pourrons le guérir».

Donc, avec tout cela à l'esprit: Est-ce que ce que les Neitz ont fait à Dalton peut fonctionner dans l'œil humain? Pourriez-vous guérir un homme daltonien rouge-vert?

Ce n’est pas une question facile. La thérapie génique est délicate. la plupart des choses qui vont et qui ne vont pas dans le corps et l'esprit des gens ne se résument pas à un seul gène, et même lorsqu'elles le sont, il n'est pas toujours évident de modifier ce gène pour résoudre le problème ou de déterminer les répercussions de celui-ci. tweak sera.

En outre, chaque cellule contient chaque gène, mais tous les gènes ne sont pas activés dans chaque cellule. Les cellules qui fabriquent les muscles ne le font pas dans le cerveau; les cellules qui fabriquent l’os ne sont pas censées le faire dans le muscle. Vous devez cibler les bonnes cellules et les persuader de changer – la transduction, processus qui consiste à amener les cellules à exprimer la nouvelle protéine souhaitée, est rare. Ici, les Neitz avaient un avantage. «Pour remédier au daltonisme, vous ne voulez convertir qu'un sous-ensemble aléatoire de cônes», explique Neitz. «Vous avez un milliard de copies du virus à l’origine des photorécepteurs. Ainsi, même si la transduction est médiocre, vous pouvez obtenir suffisamment de cellules transduites. ”

Pour le moment, les Neitz travaillent à une modification du traitement. Au lieu de provoquer un décollement de la rétine, ils aimeraient pouvoir obtenir la bonne quantité de transduction avec une injection dans le vitré, la gelée transparente qui remplit le globe oculaire. Ils ont donc apporté les modifications appropriées au vecteur et à la procédure, et ils ont injecté des singes. "Nous ne connaissons pas encore les résultats", déclare Neitz.

Ils travaillent également avec des macaques, des primates trichromatiques du vieux monde comme vous et moi. Ils essaient de donner à ces singes un Quatrième photopigment, un dérivé d'un opsin dans certaines gerbilles qui est réglé à une sensibilité maximale entre notre bleuâtre et verdâtre. Cela leur donnerait une couverture plus uniforme du spectre visible et de la tétrachromie. Une autre superpuissance. "Nous testons toujours les choses d'abord chez les souris", explique Neitz, "et le week-end dernier, j'ai injecté la dernière version dans les yeux de la souris. Cela prend quelques mois."

Les cônes sont nécessaires pour colorer la vision, mais ils ne suffisent pas. Le câblage neuronal entre eux, et de l'œil au cortex visuel, en passant par diverses stations de cheminement, joue un rôle dans la création de ce que des scientifiques plus romantiques appelaient le sens des couleurs.

Alors, bien sûr, Dalton le singe est comportement trichromatique. Il agit comme s'il voyait les couleurs comme vous (si vous êtes de couleur normale) et moi (je suis de couleur normale). Mais Dalton est-il réellement trichrome? Pour une trichromie complète, vous devez disposer du bon câblage entre les cellules de la rétine et du cerveau. Neitz fait valoir que ses singes le font, qu'il était déjà installé et attend de recevoir les nouvelles informations de son ingénieur. Après tout, certaines femelles sont naturellement trichromatiques.

D’autres chercheurs ne sont pas aussi sûrs. «Montrer la trichromatie n'est pas un mystère. James Clerk Maxwell a compris comment faire cela il y a 150 ans. Il faut que l'animal réalise des correspondances trichromatiques », explique Qasim Zaidi, neuroscientifique au SUNY College of Optometry. "Ils ont eu 10 ans pour le faire, et ils ne l’ont pas fait."

D'autres architectures neuronales pourraient donner les mêmes résultats que Neitz. La rétine est une stratification complexe de cellules ganglionnaires, de cellules bipolaires, de cellules amacrines et de cellules horizontales qui relient les tiges et les cônes ensemble; des grappes de cellules forment des "champs récepteurs" qui transmettent des informations aux neurones situés le long de la ligne, en direction du cerveau. Les perceptions de la lumière et de la couleur sont en réalité des combinaisons de réponses et de signaux provenant de toutes ces choses, une arithmétique de la réponse négative de certains et de la réponse positive de d'autres. C'est beaucoup plus labyrinthique que juste une lumière rouge qui cingle un photorécepteur rouge pour que vous voyiez du rouge. «Vous pouvez obtenir toute la population de réponses simplement en activant de manière non sélective une cellule ganglionnaire avec chaque photorécepteur dans son champ récepteur», explique Zaidi.

Mais Neitz dit que leurs tests comportementaux lui assurent que c'est plus que cela. Les singes ne pouvaient pas simplement voir une différence de luminosité – la version couleur du volume, si vous voulez – parce que "nous avons très soigneusement varié l'intensité du rouge ou du vert par rapport au gris, pour nous assurer quel que soit le niveau de luminosité utilisé , ils pourraient le distinguer, "dit Neitz. "Les dichromates ne peuvent pas."

Les gens discutent de la valeur évolutive de la couleur en général, mais il doit en avoir une sinon nous ne pourrions pas la voir. Alors, comment pouvons-nous les animaux l’obtenir? Pour faire évoluer la vision trichromatique, vous avez besoin d’un cerveau capable de traiter les entrées d’une mosaïque rétinienne de trois photorécepteurs. Mais pour tirer un avantage sélectif de ce cerveau, vous avez besoin de trois photorécepteurs et de tout leur câblage neuronal.

Les singes ont tous les trois photorécepteurs. Leurs cônes répondent à la lumière rouge. C’est un seuil, oui. Mais, dis-je, essayant de gagner en délicatesse, les Neitz ont-ils déjà essayé de disséquer l'un des yeux de leurs singes et de regarder les cônes?

«Nous essayons de ne jamais tuer des singes. Nous sommes en quelque sorte opposés à cela », déclare Neitz. «J'ai mis au point une technique électrophysiologique grâce à laquelle nous pourrions anesthésier l'animal, poser une électrode sur son œil, éclairer sous un angle différent et déterminer le photopigments dont ils disposent.» Il s'est avéré que Dalton est mort il y a quelques années – diabète à l'adolescence – et Neitz dit que sa maladie signifiait qu'une nécropsie ne leur aurait rien dit. (Cette aversion pour la violence, explique Neitz, est également ce qui les a poussés à refuser les invitations de l'armée à réfléchir aux applications potentielles de la thérapie génique rétinienne au-delà du daltonisme rouge-vert: vision nocturne infrarouge, capacité de voir une différence autrement invisible. dans les uniformes des alliés et des ennemis, quelque chose. Neitz ne sera pas spécifique.)

Mais il est possible que Dalton puisse voir une sorte de différence, mais pas celle que nous, les humains, pourrions décrire comme une couleur. Or rather, they could now see that something had a different color when, prior to gene therapy, they wouldn’t have been able to. “The Neitz research shows (pretty clearly in my view) that inducing the expression of a second M/L opsin gene in such dichromatic male monkeys allows them to gain discrimination abilities that appear trichromatic,” Jay’s old colleague Gerald Jacobs says in an email.

That success, he says, “suggests pretty strongly to me that one or another of the means for adding a viable photopigment to the retinal array would very likely produce the same change in a human. How their perceptions of color, as opposed to their discrimination abilities, might change is another interesting question.”

Take the mantis shrimp. In addition to a killer right cross, mantis shrimp have 12 photoreceptors with narrow peak sensitivities and minimal overlap, covering a range from ultraviolet to borderline infrared. But no one thinks they’re dodecachromatic. “They don’t compare across photoreceptors, so they have no color discrimination,” Zaidi says. “They have enormous speed. Because they’re not doing any kind of combination, it’s a direct line to behavior. But that tells you having 12 photopigments doesn’t give you 12 kinds of color vision.” And therefore simply adding a third to spider monkeys doesn’t give them three. (In fact, Zaidi and Conway have argued that cells in the inferior temporal cortex of the macaque monkey’s brain have very similar colors as the mantis shrimp’s eyes sense.)

It’s enough to suggest that the science has more questions to answer. So, too, might the ethics. Four or five phase I and phase II trials of gene therapy for human color vision deficiencies seem to be underway right now, but they’re all for a much more severe form, achromatopsia—the total lack of functioning cone receptors. People with the disorder don’t see color and also see less detail and are painfully sensitive to light. Researchers have also had more success curing it in other mammals, including dogs and sheep. So the disease is more debilitating than red-green color blindness, and the research track record is better.

Conway says the Neitzes work on the molecular genetics of the photoreceptors is good and that Jay is a “wonderful, out-of-the-box thinker,” but molecular genetics has limitations. “It’s an ethical gray zone with their experiments to try to fix color blindness,” he says. “Their gene therapy work is really compelling and interesting from a basic science point of view, but when you say ‘I’m going to fix color blindness,’ I think you kind of need to know what you’re doing.”

The next step, experimentally, is to get the treatment to work and show it doesn't have side effects. The approach to the Food and Drug Administration might involve treating another kind of color blindness, blue-cone monochromats missing both the red and green cones. It's a more serious impairment, of both color and acuity.

Neitz has continued trials, even though he and Maureen haven’t published any new data on animal subjects. “We’ve tried it five times before and it didn’t work. One of these times, it’s going to be it,” he says. “We are trying to get something that can go forward to humans. That’s what being a scientist is—all the times it doesn’t work.”

Now the Neitzes are getting ready to try a further experiment, inserting a “true-blue” photopigment gene from a Mongolian gerbil to give his monkeys a fourth photopigment. It’d cover a troublesome gap in mammalian trichromacy, a dip in sensitivity over the blue-greens between S-opsin and M-opsin to which evolution turned a blind eye.

Other animals see it, though. “We isolated the gene from the gerbil, but for some reason we couldn’t get the complete sequence. We substituted the exact same segment from a human, so it’s actually a chimera,” Neitz says. “You know that scene in Jurassic Park where the guy says, ‘you substituted frog DNA?’ Well, I guess that’s what we shouldn’t have done, because the structure of the genome sequence from the human is incompatible with the gerbil.”

I suggest that people talking about genetically souped-up animals maybe shouldn’t reference Jurassic Park, and Neitz laughs. “Well, we have trained monkeys waiting to do this experiment. And we’ve developed a television that has four different colors.” Gadget-heads: He’s talking about a monitor that replaces the three RGB pixels with four—RGBV, he says, for violet. Take that, Ultra High Def.

It'd be cool to watch a show on that monitor. After all, if you think the quantitative assessment of whether a monkey has acquired metamonkey vision is hard, imagine trying to ask what colors the monkey actually voit. Scientists barely know how to do that with other humans, and humans can speak English. That's what you learn when you study people's color vision. "It's like, 'oh, you aren't seeing the same things as I am. You're just using the same words,'" Maureen Neitz says.

So I ask, tested abilities aside, do the post-gene-therapy monkeys act different? Does seeing colors change how they sont?

One of the subjects, Sam, now more than 20 years old, is still around. “I talk to him quite frequently,” Neitz says. “Sam’s still in pretty good shape.”

And?

“The thing about monkeys is, they’re pretty nonchalant about everything,” he says. “Like, ‘oh, yes, I see color now.’”

There is one thing, Neitz says. Outside his office is an old coin-op gumball machine, the kind with a glass sphere and a dispenser with a crank. This one's filled with loose M&Ms; I had noticed it on the way in because it contained only red, blue, and just a few green, and I’d asked if that reflected the distribution of cones in the retina. Alas, it was just that green ones were more expensive on Amazon.

The thing is, a human patient of Neitz’s had told him that the red and green ones were indistinguishable to him. And Neitz, well, he’s not supposed to give sweets to the monkeys—no Coca-Cola, even though they love it, and no candy. But he’s known Sam for a long time, and so he often brings in a treat.

Before the surgery, Sam gobbled up M&Ms indiscriminately. Since then? “Sam now has this huge preference for green M&Ms. And he likes green beans,” Neitz says. “I don’t know what that is, but that’s my one story about that.”

Updated 2-10-19 12:15 PT Pigments mix subtractively and darken; clarified that yellow's dark correspondent is brown.


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Pourquoi les hommes qui peuvent faire 40 pompes ont une meilleure santé cardiaque


Une nouvelle étude suggère que la capacité de faire beaucoup de pompes peut être un signe non seulement de force, mais aussi de bonne santé cardiaque.

L'étude a testé l'endurance des pompiers d'âge moyen. Il en ressort que ceux qui pouvaient faire plus de 40 pompes consécutives couraient 96% moins de risques d'être diagnostiqués avec une maladie cardiaque ou d'avoir d'autres problèmes cardiaques sur une période de 10 ans, par rapport aux hommes pouvant en faire moins de 10. UPS.

Cependant, comme l’étude ne concerne que les pompiers de sexe masculin, qui occupent des emplois très actifs, il n’est pas clair si les résultats s’appliquent à Joes moyen. [9 New Ways to Keep Your Heart Healthy]

Mais les résultats suggèrent que "la capacité de push-up pourrait être une méthode simple et gratuite pour aider à évaluer le risque de maladie cardiovasculaire", l'auteur principal de l'étude, Justin Yang, résident en médecine du travail au Harvard T.H. École de santé publique de Chan, à Boston, a déclaré dans un communiqué.

L'étude a été publiée le 15 février dans la revue JAMA Network Open.

Les médecins savent que le fait d'être en bonne forme physique est lié à une meilleure santé cardiaque. Mais il peut être difficile pour les médecins d'évaluer avec précision le niveau de condition physique d'une personne lors d'une visite de routine. Les médecins utilisent parfois des "tests sur tapis roulant" pour évaluer le niveau de condition physique d'une personne. Dans ces évaluations, les gens courent sur un tapis roulant jusqu'à ce que leur fréquence cardiaque atteigne un certain niveau. Mais les tests prennent beaucoup de temps et nécessitent un équipement coûteux, ils ne sont donc pas effectués régulièrement.

La nouvelle étude a testé si un simple exercice comme une poussée pourrait fournir des indices sur la santé cardiaque. Pour le savoir, les chercheurs ont examiné les dossiers de plus de 1 100 pompiers de l'Indiana (âgés de 39 ans en moyenne) qui avaient subi un test de poussée au début de l'étude. Les participants ont ensuite été suivis pendant une décennie pour voir s’ils avaient subi un événement cardiovasculaire, tel qu’un diagnostic de maladie coronarienne, d’insuffisance cardiaque ou d’arrêt cardiaque.

Au cours de la période d'étude, 37 événements cardiovasculaires ont été observés chez les participants à l'étude, mais un seul événement cardiovasculaire s'est produit chez les hommes ayant effectué plus de 40 pompes.

L'étude a révélé que ceux qui pouvaient faire 11 pompes ou plus avaient un risque moins élevé d'événements cardiovasculaires que ceux qui pouvaient en faire 10 ou moins. Et les hommes qui pouvaient faire plus de 40 pompes avaient la plus grande réduction de risque.

Les chercheurs ont toutefois averti que la capacité de push-up n'était pas nécessairement un "prédicteur indépendant" du risque de maladie cardiaque. Autrement dit, il peut y avoir d'autres facteurs liés au risque de maladie cardiaque qui sont également liés au nombre de pompes que peut effectuer une personne. Ces facteurs pourraient inclure l'âge d'une personne, son indice de masse corporelle (IMC) et son niveau de forme aérobie. Mais, en général, la capacité de pompage pourrait être un indicateur de la condition physique globale, ont déclaré les chercheurs.

"Cette étude souligne l’importance de la forme physique pour la santé et explique pourquoi les cliniciens devraient évaluer cette condition", explique l’auteur principal Stefanos Kales, professeur au Département de la santé environnementale de Harvard T.H. École Chan, a déclaré dans la déclaration.

Des recherches supplémentaires sont maintenant nécessaires pour examiner le lien entre la capacité de poussée et les maladies cardiaques dans la population en général, y compris chez les femmes et les hommes moins actifs, ont noté les chercheurs dans leur article.

Publié à l'origine sur Science en direct.

Désolé, Sandra Bullock: un extincteur est un propulseur moche


Supposons que vous êtes un astronaute dans l'espace. Vous n'avez rien avec vous sauf votre intelligence et … un extincteur? Pourquoi un extincteur? Parce que c'est ce que le personnage de Sandra Bullock a dans le film La gravité. Puisqu'un extincteur dégage du gaz (normalement pour éteindre un feu), il peut également être utilisé pour produire une poussée et vous aider à manœuvrer dans l'espace. Mais cela fonctionnerait-il vraiment? C’est ce que les MythBusters, pour qui je suis un consultant scientifique, ont décidé de le tester dans un épisode récent.

MythBusters a commencé par essayer de créer une situation similaire à la surface de la Terre. Ils ont utilisé un souffleur de feuilles pour créer un aéroglisseur pour une personne (ce n'est pas trop difficile d'en construire un vous-même). Ils l'ont laissé tomber sur une patinoire, ce qui a pratiquement éliminé la force de friction. Ils ont ensuite utilisé un extincteur d'incendie pour essayer de manœuvrer sur la glace.

Il s'est avéré que l'extincteur n'était pas si bon pour contrôler le mouvement de l'aéroglisseur. Personne ne pouvait éviter les obstacles posés sur la glace. Les problèmes avec le propulseur d'extincteur d'incendie sont doubles: premièrement, il ne pousse pas si durement sur l'aéroglisseur. Il faudrait donc générer une poussée pendant un temps considérable pour obtenir un changement notable en mouvement. Deuxièmement, la façon dont la force modifie le mouvement d'un objet ne correspond pas à nos intuitions fondamentales sur la force. C'est cette deuxième partie qui rend difficile le vol d'un extincteur dans l'espace.

Nous pouvons avoir un bon modèle de la façon dont les forces font bouger les choses en passant en revue votre vie entière. Oui, faisons-le maintenant. Pour à peu près tous les événements que vous avez observés, les forces semblent obéir à la règle suivante:

Si vous poussez quelque chose, il se déplace dans la direction de la poussée. Si vous cessez de le pousser, il cesse de bouger.

Ce modèle de force semble fonctionner presque tout le temps. Un cas où cela ne fonctionne pas est avec l'aéroglisseur sur la glace. Dans ce cas, l'aéroglisseur est poussé à le faire bouger. Après cela, la personne cesse de pousser, mais l'aéroglisseur JUSTE DE DÉPLACER! Honnêtement, je pense que c'est la raison pour laquelle les humains aiment la glace. Les choses sur la glace ne suivent pas nos modèles de force normale.

Puisque ce modèle de "force égale mouvement" ne fonctionne pas sur la glace, ce n'est clairement pas le meilleur modèle. Ici, je peux décrire un meilleur modèle de force avec trois gifs.

Une force constante

Prenons un chariot peu frottant (presque sans frottement) et poussons avec une force constante. Voici ce qui se passe.

Rhett Allain

Au cas où vous ne le sauriez pas, la vitesse du chariot augmente. Honnêtement, il est difficile pour les humains de détecter les changements de vitesse. Habituellement, nous divisons simplement les mouvements en trois catégories: ne bouge pas, lentement, rapidement. Mais crois moi. Ce panier est de plus en plus rapide. Donc, si vous appuyez sur un objet avec une force dans la même direction que l'objet se déplace, cela accélérera.

Une force constante en arrière

Voici ce même panier, mais maintenant le ventilateur pousse dans la direction opposée. Je dois donner un coup de pouce au panier, et ensuite cela se produit.

Rhett Allain

Dans ce cas, la force arrière ralentit le chariot. Il ralentit tellement qu'il finit par s'arrêter. Une fois que cela s’arrête, le chariot commence à revenir à droite et accélère, car c’est maintenant une force vers l’avant.

Une force latérale

Je ne pouvais pas faire cela avec le chariot, alors j'ai plutôt utilisé un yo-yo. Voici une vue de dessus d'un yo-yo se déplaçant en cercle.

Rhett Allain

La force exercée sur le yo-yo provient de la corde et tire toujours dans une direction perpendiculaire au mouvement du yo-yo. Cela signifie que le yo-yo change constamment de direction, même s'il se déplace généralement à la même vitesse. Que se passe-t-il quand je lâche la ficelle? Sans plus de force latérale, le yo-yo revient à se déplacer en ligne droite à une vitesse constante (la plupart du temps constante).

Qu'est-ce que ces trois cas ont en commun? La force toujours changements le mouvement de l'objet. Cela accélère, ralentit ou change de direction. Bien entendu, c’est l’un des modèles fondamentaux de la physique, à savoir que la force totale exercée sur un objet est proportionnelle à la vitesse de changement de la vitesse.

Alors, pourquoi les humains se trompent-ils si mal? Nous ne sommes pas si mal à faire des modèles, mais nous avons du mal à voir le frottement comme une force. Comme les frictions sont un peu partout, nous pensons que pousser avec une force constante fait bouger les choses à une vitesse constante. En fait, la force nette est nulle dans ce cas. La force que vous exercez contrebalance la force de friction pour ne produire aucune force. Pas de force signifie pas de changement en mouvement. Mais encore, cela est causé par les frictions toujours présentes.

Testez votre propre modèle de force

OK, je comprends. Vous ne pouviez pas être sur le plateau de tournage lorsque les MythBusters ont testé leur aéroglisseur avec l'extincteur. Ne vous inquiétez pas, je n'ai pas pu être là non plus. Mais j'ai la deuxième meilleure chose: un simulateur d'extincteur. Oui. Je l'ai fait pour vous.

Voici comment ça fonctionne. Lorsque vous cliquez sur le bouton Exécuter, le gros disque commence à se déplacer vers la droite. L'extincteur d'incendie exerce une force constante qui pousse dans le sens de la flèche. Vous pouvez utiliser la souris pour déplacer cette flèche dans la direction qui vous semble la meilleure. Maintenant, pouvez-vous éviter ce mur? Voici votre chance.

Je suppose que j'ai encore quelques commentaires sur ce programme.

  • Rappelez-vous, la flèche est la direction de la force. Ce n'est pas la direction dans laquelle vous dirigeriez l'extincteur.
  • Vous pouvez regarder le code si cela vous rend heureux. Avertissement: je suis confus lors de l'ajout d'interactions de boutons et de souris.
  • Les boutons de pause et de réinitialisation devraient fonctionner.
  • Rien dans le code ne vous empêche de traverser le mur. Il n'y a pas de mur, pas de cuillère. C'est juste là pour les décorations.
  • Non, vous ne pouvez pas éteindre l'extincteur. Il reste allumé pendant 20 secondes.

Vous pouvez voir qu'il n'est pas impossible d'éviter le mur, mais ce n'est pas anodin non plus. Imaginez si l'aéroglisseur tournait aussi. Ce serait fou dur. Vous pouvez modifier le taux de rotation de l'aéroglisseur avec une poussée d'extincteur non dirigée vers le centre de gravité. Ceci exercerait alors un couple externe ET une force externe. Ce serait un peu plus difficile de coder, alors j’ai laissé cette partie de côté.


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Des pangolins écailleux rarement aperçus ont pris des arbres dans les ténèbres


Une nouvelle vidéo de pangolins géants montre ces étranges créatures squameuses dans leur habitat naturel (nocturne) en Ouganda.

Dans les vidéos, on voit les créatures au nez émoussé – qui sont les seuls mammifères à avoir des écailles – se promenant dans le sous-bois, reniflant de nourriture et de danger. Dans un clip, un bébé pangolin monte sur le dos de sa mère. Dans un autre, un pangolin monte à mi-hauteur dans un tronc d'arbre. Un autre pangolin s'emmêle (plutôt adorablement) dans un bâton et s'en va avec la végétation enroulée autour de son torse. [Pangolin Photos: Scaly Mammals Threatened with Extinction]

Les vidéos ont été recueillies par des chercheurs du zoo de Chester au Royaume-Uni, aux côtés de Rhino Fund Uganda (RFU). Bien que, comme son nom l'indique, cette organisation s'emploie à protéger les rhinocéros en Ouganda, les rangers travaillant pour RFU continuaient de traverser des pangolins géants pendant qu'ils patrouillaient. Lorsque le zoo de Chester a approché l'organisation pour qu'elle étudie les créatures, le personnel de la RFU a sauté sur l'occasion, selon un communiqué.

Outre leur habitat commun, les pangolins géants (Smutsia gigantea) ont autre chose en commun avec les rhinocéros: leurs écailles sont en kératine, le même matériau qui constitue la corne de rhinocéros (ainsi que les cheveux et les ongles humains). Les mammifères écailleux se trouvent principalement en Afrique centrale et peuvent peser jusqu'à 77 livres. (35 kilogrammes).

Un pangolin géant est filmé en Ouganda.

Un pangolin géant est filmé en Ouganda.

Crédit: Zoo de Chester

Mais les pangolins sont menacés: l'Union internationale pour la conservation de la nature classe les animaux comme "vulnérables". C'est en partie parce que les changements climatiques modifient leur habitat et en partie parce que les humains chassent les animaux à la fois pour se nourrir et pour les vendre au marché noir. (Dans la médecine traditionnelle chinoise, les écailles de pangolin ont longtemps été utilisées pour traiter une liste exhaustive de problèmes de santé.)

Les pangolins géants mangent des insectes; ils boivent des repas effrayants avec leurs longues langues en forme de fourmilier. Mais à part cela, on sait peu de choses sur les habitudes des pangolins, compte tenu de leurs modes de vie secrets et nocturnes. Le zoo de Chester et la RFU ont maintenant installé 70 caméras de détection de mouvement dans le sanctuaire de Ziwa Rhino en Ouganda pour détecter les mouvements de pangolin géant. Les chercheurs sont également à la recherche d'empreintes de pas, de terriers et d'excréments. Les scientifiques rassemblent ces derniers pour étudier la génétique et le régime alimentaire des animaux.

"Ces rares aperçus de la vie de pangolins géants sont très excitants pour ceux d'entre nous qui se consacrons à la protection de la riche faune ougandaise, et [it] nous met au défi de veiller à protéger et conserver cette espèce très menacée pour les générations futures ", a déclaré Sam Mwandha, directeur exécutif de la Uganda Wildlife Authority, dans son communiqué.

Le sanctuaire de rhinocéros de Ziwa est la seule zone en Ouganda où les rhinocéros (en particulier la sous-espèce de rhinocéros blancs du sud) se déplacent librement. Les perroquets, les grues et la redoutable cigogne à bec de chaussure sont d’autres animaux qui vivent au sanctuaire (Balaeniceps rex), qui peut atteindre 140 cm (55 pouces) et arbore un bec énorme et dévastateur.

Publié à l'origine sur Science en direct.