Ces mini-cerveaux qui pourraient tuer l'IA et sauver l'humanité

UN SECRET QUE VOS CELLULES PORTENT EN ELLES

Chaque cellule de votre corps cache un pouvoir insoupçonné : celle de devenir plus intelligente. Pas au sens métaphorique, mais littéralement. Si des biologistes en blouse blanche prélevaient un échantillon de votre peau et manipulaient ces cellules avec précision, ils pourraient fabriquer un cerveau. Pas un cerveau aussi complexe que celui que vous utilisez pour lire ces mots, mais une boule de matière grise contenant plusieurs millions de neurones capables d’échanger des signaux électriques. Ces créations étranges s’appellent des organoïdes cérébraux humains.

Placés dans des incubateurs à une température proche de celle de l’utérus (37°C), ces mini-cerveaux développent en huit mois des ondes cérébrales presque identiques à celles d’un bébé prématuré. Dans des laboratoires de biologie cellulaire à travers le monde, ces organoïdes servent aujourd’hui de cobayes pour tester l’effet de maladies, de toxines ou de nouveaux médicaments. Mais demain, ils pourraient bien s’attaquer à des tâches autrement plus ambitieuses.

LA SOURCE MÊME DE L'INTELLIGENCE : DES NEURONES VIVANTS

Pendant que le reste du monde s’émerveille devant les grands modèles de langage et les agents d’IA, des chercheurs explorent une piste radicalement différente : ils cultivent des neurones vivants et leur apprennent à fonctionner grâce à des signaux électriques et des doses de dopamine. Leur pari ? Demain, l’intelligence artificielle ne sera plus artificielle du tout. Elle sera construite à partir de la matière vivante elle-même.

Le bâtiment le plus impressionnant de l’université de Californie à San Diego n’est pas un laboratoire de pointe, mais la bibliothèque Geisel. Ce monstre de béton inversé, nommé en hommage au Dr Seuss, domine le campus comme un vaisseau spatial brut. Un après-midi, dans son hall enfoncé, des images scientifiques sont exposées. Parmi elles, une photo intrigue : un amas de cellules cérébrales humaines, silhouettées en noir sur le blanc laiteux d’une boîte de Petri. Autour de ce globule, une couronne d’axones, ces filaments nerveux qui transmettent les impulsions électriques, s’étire comme une toile d’araignée assoiffée de connexion.

Que ce soit dans notre crâne ou dans une boîte de Petri, les neurones n’ont qu’une obsession : se trouver les uns les autres pour créer des synapses, ces ponts électriques qui forment la base de la pensée. Et ils y excellent. Si on place des cellules cérébrales en vrac dans une boîte, elles se multiplient et s’interconnectent jusqu’à former des masses de tissu autonomes. Les organoïdes cérébraux humains se fabriquent presque tout seuls.

UNE CULTURE DE MILLIONS DE NEURONES EN QUARANTE MINUTES

À vingt minutes à pied de la Geisel, au Sanford Stem Cell Institute de l’UCSD, ces mini-cerveaux poussent par dizaines de milliers. « Peu importe l’environnement dans lequel vous les placez, leur première réaction est de chercher à se connecter », explique Alysson Muotri, biologiste du Développement brésilien, en regardant l’océan Pacifique par la fenêtre de son bureau. « Avec les boîtes, avec les électrodes, entre eux. C’est une propriété intrinsèque de notre cerveau : se connecter. »

Muotri, au teint de surfeur et au profil d’empereur romain, a révolutionné la recherche sur les organoïdes cérébraux en dix ans. Son équipe a ressuscité de l’ADN ancien pour créer des organoïdes « néandertalisés ». Elle a envoyé des organoïdes dans l’espace pour étudier les effets des radiations cosmiques sur le cerveau des astronautes. Mais sa motivation la plus profonde reste l’autisme. Son fils de 18 ans est autiste et nécessite des soins 24h/24. En étudiant des organoïdes cultivés à partir des cellules de donneurs autistes — dont celles de son propre fils — il espère identifier les différences de développement neural entre les enfants autistes et les autres.

Pour fabriquer un organoïde, il suffit d’un échantillon de peau. (Le sang, les cheveux ou les dents fonctionnent aussi.) On prend ces cellules adultes et on leur injecte des protéines spéciales qui les ramènent à leur état embryonnaire. Ces cellules souches pluripotentes induites peuvent alors devenir n’importe quel type d’organe : des organoïdes de glandes lacrymales qui pleurent, des organoïdes cardiaques qui battent… ou des organoïdes cérébraux qui réfléchissent.

Le développement du cerveau in utero est, selon un bioéthicien, une « boîte noire » de la connaissance scientifique. Historiquement, ce que nous savons de ce processus vient surtout d’études sur des souris. Mais avec un organoïde, la transformation des cellules souches en neurones, puis en tissu cérébral, se déroule sous nos yeux. Un jour, les scientifiques pourraient étudier comment une colonie de cellules en division s’assemble pour créer un esprit — pour fabriquer, à partir de 86 milliards de neurones, une personne nommée Alysson Muotri, par exemple.

DES ORGANOÏDES DE LA TAILLE D'UNE MOUCHE

Visuellement, les organoïdes ne sont pas très impressionnants : opaques, couleur morve, de la taille et de la forme d’une graine de chia. Ceux de Muotri contiennent 5 millions de cellules, dont 2,5 millions de neurones. (Le reste sont des cellules gliales non neurales, qui servent d’échafaudage.) « C’est la taille d’un cerveau de mouche », précise-t-il pour tempérer d’éventuels scrupules éthiques. Bien que les preuves de la sensibilité des insectes augmentent, la recherche sur les invertébrés reste exemptée des lois fédérales sur le bien-être animal. Comme l’explique John Evans, sociologue et codirecteur de l’Institut d’éthique pratique de l’UCSD : « Vous n’avez pas besoin de permission pour torturer autant de mouches que vous voulez. »

Pour l’instant, vous n’avez pas besoin de permission pour « torturer » des organoïdes non plus. D’un point de vue bioéthique, ils ne sont pas des personnes, pas même des animaux. Si un jour les organoïdes atteignent la taille d’une souris, cette éthique devra évoluer. Le problème ? Personne ne sait vraiment où tracer la ligne. La sensibilité est un concept flou ; elle n’est même pas claire sans corps ou sans expérience sensorielle du monde. Et oublier de parler de conscience pour un organoïde. « Imaginez que vous ayez passé toute votre vie dans un tube de verre — pourriez-vous même concevoir ce que vous avez comme de la conscience ? » demande Evans. « Les philosophes de l’esprit vous diront que ce que nous appelons conscience est impossible sans expériences. » Pour fabriquer un organoïde conscient, ajoute-t-il, « il faut d’abord que les organoïdes aient des expériences. »

Cela n’est pas impossible. Comme dans Matrix, pour le cerveau, la vie entière n’est qu’une série de signaux chimiques et électriques. Pour donner une « expérience » à un organoïde, Muotri n’a qu’à le sortir de son liquide amniotique, le poser sur une feuille conductrice de graphène, et — sans trop insister — l’électriser.

Les organoïdes aiment-ils être électrisés ? Muotri n’en est pas sûr. Ce qu’il sait, en revanche, c’est qu’ils répondent aux signaux électriques, s’en souviennent, et finissent par les anticiper. Pour lui, c’est la preuve qu’ils mûrissent et deviennent des modèles plus utiles du développement humain. Mais pour d’autres chercheurs, cette communication électrique représente quelque chose d’autre : la matière vivante, comme un ordinateur, est programmable.

UN ORDINATEUR QUI PEUT MOURIR EN TEMPS RÉEL

Il est 15h30 à Los Angeles, ce qui signifie qu’il est demain matin en Australie. Assis sur l’escalier de secours de mon bureau, je fixe une grille de 59 carrés sur mon écran d’ordinateur. Chaque carré représente une électrode dans le laboratoire de Melbourne de la startup Cortical Labs. Sur chacune de ces électrodes, une minuscule culture de neurones humains vivants. Mon écran affiche des pics éphémères : l’activité spontanée de la matière cérébrale dans le vide. Je clique sur un carré, envoyant un « bonjour » électrique aux neurones situés à 8 000 miles de distance. En réponse, les 59 électrodes s’activent simultanément.

Pendant un instant, je ressens une excitation nouvelle. Je clique partout, faisant réagir ces neurones lointains ; mon écran se remplit de pics et de creux correspondant à leurs impulsions électriques. Je passe aux paramètres environnementaux des neurones. Si je le voulais, je pourrais baisser leur température ou modifier leur mélange précis d’oxygène et de CO₂. Si je le faisais, ils mourraient certainement. C’est un changement de paradigme aussi significatif que l’informatique elle-même : peu importe à quel point vous sabotez votre code, les ordinateurs ne meurent généralement pas dans la vraie vie.

Mais c’est la réalité du Cortical Cloud. À Melbourne, Cortical Labs cultive des cultures neurales plates — les cellules souches proviennent du fondateur de l’entreprise — et les charge dans des « ordinateurs biologiques » blancs et élégants appelés CL-1. Chacun fait la taille d’un grille-pain allongé et dispose d’un système de support vie capable de maintenir en vie une culture de jusqu’à un million de neurones pendant six mois. Avec le CL-1, Cortical Labs vise à devenir le Nvidia du calcul neuronal, proposant du matériel et, disons, des « neurones en tant que service » avec un délai inférieur à la milliseconde.

Pour l’instant, ces ordinateurs neuronaux intéressent surtout les chercheurs qui veulent travailler avec des neurones sans se lancer dans l’élevage fastidieux en laboratoire humide. À terme, cependant, l’entreprise espère que les neurones s’avéreront être un substrat économe en énergie et résilient pour des applications de calcul plus générales — y compris certaines tâches actuellement gérées par l’IA, comme la reconnaissance et la classification d’images.

« Quand vous pensez à ce que vous attendez de l’IA, c’est la biologie », déclare Brett Kagan, directeur des opérations de Cortical Labs, lors d’un appel Zoom. « Vous voulez qu’elle soit aussi auto-réparatrice que possible. Vous voulez qu’elle soit adaptable. Vous voulez qu’elle soit durable. Vous voulez qu’elle soit économe en énergie. Ce sont toutes des caractéristiques que vous obtenez gratuitement avec la biologie. »

UN BÉBÉ QUI APPREND À JOUER À PONG EN TEMPS RÉEL

Brett Kagan, de Cortical Labs, croit que ses cultures neurales affichent une forme de sensibilité. Kagan est père d’un jeune enfant ; pendant notre conversation, son bambin courait partout en arrière-plan. Mais il n’est pas étranger aux formes jeunes et turbulentes d’intelligence. En 2022, en utilisant un système similaire à celui qui alimente aujourd’hui le Cortical Cloud, Kagan a fait pousser une culture neurale sur une micropuce et l’a entraînée à jouer au jeu Atari Pong de 1972. Les neurones étaient récompensés par des impulsions électriques prévisibles lorsqu’ils prenaient les bonnes décisions et punis par des rafales chaotiques lorsqu’ils se trompaient.

Cette technique a servi de preuve de concept minimale pour une théorie proposée par le neuroscientifique Karl Friston : les systèmes biologiques auto-organisés tendent à minimiser la surprise autant que possible. En montrant que les neurones se réorganisent pour éviter les stimuli chaotiques, Cortical Labs a démontré une approche possible pour programmer la matière vivante. Mais l’expérience a aussi signalé que le CL-1 pourrait être considéré comme du matériel pour tester des théories de la cognition. « Sans vouloir donner une impression trop grandiose », m’a dit Kagan, « je dirais que le CL-1 est à la neuroscience théorique ce que le Grand collisionneur de hadrons était à la physique théorique. »

Kagan, il faut le reconnaître, aime les affirmations grandioses. Dans l’article sur Pong, lui et ses collègues ont affirmé que les neurones, « incarnés » dans le jeu, affichaient une forme de sensibilité. Beaucoup dans la communauté de la recherche ont réagi avec scepticisme face à cette utilisation cavalière du langage ; une réponse particulièrement polémique, publiée dans la revue Neuron, a accusé Cortical Labs de « détourner » le concept même de sensibilité.

Mais comme l’a expliqué plus tard Alon Loeffler, scientifique chez Cortical Labs, nos cerveaux sont intégrés dans un environnement, et réagir à cet environnement en temps réel est ce que les cerveaux font — c’est ce pour quoi ils sont faits. Comme les neurones dans une boîte ne bénéficient pas de ces boucles de rétroaction constantes d’action et d’expérience, le jeu comble ce vide. « Un jeu n’est qu’une version du monde », a déclaré Loeffler. « Le monde premier ordinateur biologique déployable par code », affirme Cortical Labs. Cortical Labs vise à devenir le Nvidia du calcul neuronal. Le programme Pong est préinstallé sur le Cortical Cloud, sous forme de package de code Python facilement déployable. Lorsque j’ai fait passer les neurones australiens par une session de deux heures, j’ai vu comment ils amélioraient progressivement leur jeu en temps réel. À la fin, leur plus longue série était de 10 coups précis, ce qui bat largement mon niveau au tennis. C’était impressionnant, mais les neurones montent maintenant de niveau.

LA CONSCIENCE ? UNE QUESTION QUI DÉRANGE

Lorsque j’ai commencé à écrire cet article, j’étais certain qu’il s’agirait de conscience : ce moment étrange où un quart de cacahuète de chair s’embrase de connaissance de soi, et ce que ce seuil signifie pour les chercheurs responsables. J’imaginais des nuits blanches et de minuscules funérailles pour des neurones usés. Ce que j’ai découvert, en revanche, c’est que presque tous les scientifiques qui élèvent des organoïdes considèrent la question de la conscience comme une distraction.

La plupart réagissent avec agacement quand on les interroge. Ils pointent les organoïdes eux-mêmes — de petites boules flottant dans une solution liquide comme des gouttes d’huile d’olive dans du vinaigre — comme pour dire : « Allons, donnez-moi une pause. » « La conscience est tellement qualitative », s’est plainte Annie Kathuria, chercheuse en organoïdes, lorsque je lui ai rendu visite dans son laboratoire à Johns Hopkins. « Comment suis-je censée mesurer quelque chose de qualitatif sur un tissu qui flotte dans une boîte ? Il faut que quelqu’un me définisse ça. C’est ce que je dis à tout le monde : définissez-moi la conscience en termes quantitatifs. »

Cette demande est rhétorique, bien sûr. Les humains tentent de définir la conscience depuis les jours de Platon, et personne n’est parvenu à cerner l’idée générale, encore moins à établir une liste de métriques quantitatives. Mais cela reflète une tendance forte dans les laboratoires de biologie : vouloir se concentrer sur le pratique plutôt que sur le philosophique. Lorsque j’ai parlé à Kathuria, elle sirotait un thé géant de Starbucks et jetait régulièrement un œil au tableau blanc derrière moi, couvert d’une liste de dizaines de tests de médicaments dont son laboratoire avait la charge. Définir la nature de l’esprit était la dernière de ses préoccupations.

C’est aux philosophes de s’en occuper. Publier des articles sur les cas limites de la sensibilité est devenu une sorte d’industrie artisanale dans la philosophie contemporaine. Les zombies ont-ils un statut moral ? Les robots doivent-ils avoir des droits ? Que ressentirait-on à être une chauve-souris ? Un organoïde est-il sensible ? Les avis divergent. Le philosophe Tim Bayne craint que les organoïdes, isolés dans leurs boîtes de Petri, ne deviennent des « îles de conscience ». Jonathan Birch, professeur de philosophie à la London School of Economics, pense que nous aurons des ennuis si les organoïdes développent un tronc cérébral, qu’il considère comme un « câble d’alimentation » pour la conscience.

D’autres suggèrent des seuils basés sur le nombre de neurones ou la taille des organoïdes. Mais les seuils sont difficiles à quantifier eux aussi. « Vous ne pouvez pas tracer une barrière qui tiendra en fonction d’un nombre », explique John Evans, le sociologue de l’UCSD. « Vous pourriez dire “vous ne pouvez pas faire pousser quelque chose de plus grand que 4 millimètres”. Eh bien, pourquoi pas 5 millimètres ? Il n’y a pas de distinction moralement pertinente entre les deux. »

Heureusement pour les chercheurs, les organoïdes ne peuvent pas grandir beaucoup plus que 5 millimètres. Une fois qu’ils atteignent une certaine taille, sans système vasculaire pour apporter de l’oxygène et évacuer les déchets métaboliques, ils développent un « noyau nécrotique » et s’étouffent. Cela a créé un plafond pour le débat sur les organoïdes, mais il ne tiendra pas longtemps. À Johns Hopkins, le nanotechnologue David Gracias développe des artères artificielles biomimétiques ; de l’autre côté de la ville, à l’école de médecine, Kathuria crée des réseaux de vaisseaux sanguins à partir d’organoïdes endothéliaux. Les chercheurs maintiennent les organoïdes en vie de plus en plus longtemps. Le record de Muotri, de trois ans, aurait pu durer plus longtemps si quelqu’un dans son laboratoire n’avait pas fait tomber la boîte.

« L’objectif est d’atteindre un organoïde cérébral de 1 centimètre », déclare Thomas Hartung en me faisant visiter le Centre pour les alternatives aux tests sur animaux, ou CAAT, à Johns Hopkins, où il expérimente de nouveaux systèmes de perfusion pour contourner le problème de l’absence de sang. Un centimètre, c’est à peu près la taille d’un cerveau de souris — « une bête complètement différente », selon Hartung, comparé aux organoïdes de 500 micromètres auxquels il est habitué.

DES ORGANOÏDES QUI JOUENT À SAUTER PAR-DESSUS DES OBSTACLES

Hartung, toxicologue allemand, travaille avec des organoïdes depuis plus de dix ans. C’est l’image même du scientifique affable. Quand nous nous sommes rencontrés, il portait un cardigan trop grand et un collier de perles fabriqué par sa fille de 9 ans. Sa femme, Lena Smirnova, est neurotoxicologue et dirige un laboratoire au CAAT. Là où Hartung est robuste et avuncular, avec l’accent traînant d’un Werner Herzog détendu, Smirnova est menue, avec une coupe au bol et des manières pointilleuses. Ce couple improbable semble fonctionner pour eux. Quand je lui ai demandé si elle avait déjà fabriqué un organoïde à partir de ses propres cellules, elle a ri si brusquement que cela ressemblait à un aboiement. « C’est en fait quelque chose entre nous deux », a dit Hartung, penaud. Il lui avait offert certaines de ses cellules souches, en guise de preuve d’amour, et elle a jusqu’ici refusé d’en faire quoi que ce soit.

Hartung et Smirnova sont des figures de proue de la recherche sur les organoïdes et ont publiquement soutenu l’idée que les organoïdes révolutionneront l’informatique. En 2023, après avoir organisé une communauté académique internationale, ils ont publié une « Déclaration » tonitruante pour un domaine qu’ils ont baptisé intelligence organoïde (ou OI, pour Organoid Intelligence). Pendant ma visite, cependant, les organoïdes du laboratoire CAAT ne faisaient pas grand-chose en termes de calcul. Ils étaient surtout dosés avec des métaux lourds. L’OI est une idée à la mode, et elle a attiré beaucoup d’attention médiatique. Mais en pratique, c’est un objectif à long terme. Pour l’instant, les organoïdes restent ce qu’ils ont toujours été : des rats de laboratoire glorifiés.

Presque chaque chercheur en organoïdes que j’ai rencontré pour rédiger cet article m’a répété le même chiffre : dans les essais cliniques humains, le taux d’échec des médicaments neuropsychiatriques est proche de 95 %. Le processus de développement de nouveaux médicaments pour des maladies comme la dépression, Alzheimer ou l’épilepsie est long, et souvent stérile. C’est parce que les médicaments sont généralement testés sur des animaux, et non sur des humains, et que les tests sur animaux n’ont jamais été le moyen le plus pertinent physiologiquement pour garantir l’efficacité des médicaments — c’était juste le plus pratique. Les organoïdes ont changé la donne.

« Pensez aux primates non humains, qui sont le modèle le plus proche de nous — ces singes avec des électrodes dans la tête », explique Hartung. « Au mieux, vous avez une batterie de cinq ou six singes assis là et faisant leurs expériences. Nous, nous produisons, dans une seule plaque à six puits, jusqu’à 4 000 organoïdes cérébraux. » Dans ce contexte, l’OI n’est pas une fin en soi, mais un moyen. Un organoïde entraîné à jouer à Pong, par exemple, est un sujet d’étude parfait pour analyser comment les médicaments affectent l’apprentissage et la mémoire.

Dans son bureau, Hartung m’a montré un jeu vidéo simple que son équipe développe : un jeu de plateforme avec des obstacles variables que les organoïdes cérébraux doivent « sauter » par-dessus. L’idée est d’entraîner les organoïdes à réagir à des signaux électriques représentant ces obstacles. Une fois qu’ils ont appris cette tâche, Hartung peut se poser des questions comme : pendant combien de temps les organoïdes cérébraux se souviennent-ils de quand sauter ? Quel effet les médicaments contre Alzheimer ont-ils sur la force et la durée de ces souvenirs ?

Sous son bureau, Hartung garde une boîte en carton remplie de bouteilles de vin rouge, qu’il m’a suggéré d’ouvrir deux fois avant mon départ. Il croit que les meilleures conversations ont lieu après 17h, et il a payé ses études supérieures, en Allemagne, en faisant du stand-up (il compare son style comique à celui de Bill Maher). Ces années de spectacle lui ont donné le goût des relations publiques.

DES ORGANOÏDES QUI PEUVENT SAUVER DES VIES

Dans les laboratoires du monde entier, les organoïdes cérébraux ne sont pas seulement des outils de recherche. Ils représentent une promesse : celle de comprendre enfin comment fonctionne notre cerveau, et de développer des traitements pour des maladies qui nous terrassent depuis des décennies. Alzheimer, Parkinson, autisme, dépression… autant de mystères que les organoïdes pourraient aider à résoudre.

Mais leur potentiel va bien au-delà de la médecine. Si les chercheurs parviennent à faire grandir des organoïdes plus gros et plus complexes, capables de traiter des informations comme un vrai cerveau, ils pourraient un jour remplacer certaines fonctions des IA actuelles. Des organoïdes pourraient analyser des images médicales plus précisément qu’un algorithme, ou prendre des décisions en temps réel dans des environnements dangereux où les robots classiques échoueraient.

Pour l’instant, ces applications relèvent encore de la science-fiction. Mais les progrès sont rapides. Chaque semaine, de nouvelles avancées sont annoncées. Et si, dans dix ans, votre « IA » préférée n’était plus qu’un amas de cellules cérébrales dans une boîte de Petri ?

Une chose est sûre : la révolution organoïde est en marche. Et elle pourrait bien changer notre rapport à l’intelligence, à la conscience, et à ce que signifie être humain.