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L'impact et les enjeux des nouvelles technologies d'exploration et de thérapie du cerveau (Rapport)

13 mars 2012 : L'impact et les enjeux des nouvelles technologies d'exploration et de thérapie du cerveau (Rapport) ( rapport de l'opecst )
2- Les options de la recherche en neurosciences au Japon31(*)

Frappé par le vieillissement de sa population (voir supra), le Japon investit dans la recherche sur les maladies neuropsychiatriques avec un grand souci d'efficacité et des recherches de pointe.

a- Un programme volontariste pour promouvoir la recherche en neurosciences

Le Ministère de l'éducation, de la culture, des sports, des sciences et de la technologie (MEXT) a institué un Comité des neurosciences de 23 membres avec pour mission de réfléchir aux futures stratégies gouvernementales concernant les recherches en neurosciences. Le comité comprend des scientifiques en neurosciences et en biologie cérébrale, tel Hideyuki Okano, professeur de physiologie à la faculté de médecine de l'Université Keio, qui conduit des travaux sur le développement et la régénération du système nerveux grâce aux cellules souches, des spécialistes de bioéthique, des juristes, tels Akira Akabayashi32(*), des industriels, une journaliste... Un programme a été lancé en avril 2008 par le MEXT afin de promouvoir les recherches en neurosciences. Il a été décrit à la mission par le Pr Shigetada Nakanishi, directeur de l'institut de biosciences d'Osaka et le Pr Norio Nakatsuji, directeur de l'Institute for Frontier Medical Sciences. La durée du projet est de 4 ans (2008-2012) avec un budget d'environ 37 millions d'euros en 2010, quelques 30 structures de recherche et 200 scientifiques y participent.

Ce programme stratégique de recherche, Program for Brain Sciences, comprend six projets : les projets A et B visent à développer une interface cerveau-machine pour la recherche fondamentale sur les mécanismes cérébraux et sur l'interprétation des données physiologiques par des systèmes informatiques. Le projet C vise à élaborer des modèles animaux innovants pour l'étude du cerveau. Le projet D a pour but de découvrir des biomarqueurs spécifiques du comportement social par l'étude des caractéristiques biologiques liées à des processus cognitifs, notamment ceux déterminant le comportement social. L'objectif du projet E est la compréhension des bases moléculaires et environnementales de la santé cérébrale, et celui du projet F la lutte contre les troubles psychiques et nerveux.

Les scientifiques japonais rencontrés au cours de notre mission au Japon sont satisfaits de ce cadre de recherche. Ils mènent une coopération bilatérale active avec les chercheurs du monde entier, et en particulier avec les Français.

b- Le rôle des universités

L'Université de Tokyo

Fondée en 1877 en tant que première université impériale, l'Université de Tokyo dispose d'un budget de 227 milliards de yens, soit environ 2,3 milliards d'euros. Il existe 36 accords établis entre des universités françaises et l'Université de Tokyo dans de nombreux domaines d'expertise avec notamment l'Institut d'études politiques de Paris, l'École polytechnique, l'École centrale de Paris, l'École des mines de Nantes.

Au sein de l'Université de Tokyo, la faculté de médecine privilégie une approche pluridisciplinaire en associant les sciences médicales fondamentales, les sciences médicales cliniques et l'ingénierie biologique, dans le but notamment de développer de nouveaux domaines scientifiques polyvalents.

La faculté de médecine de l'Université de Tokyo comprend deux départements spécialisés dans les thématiques liées au cerveau. Le département de radiologie et d'ingénierie biomédicale comprend un laboratoire de radiologie capable d'observer l'intérieur de l'ensemble du corps humain ; il dispose de matériel de pointe pour l'exploration du cerveau ; le département de neuroscience étudie l'ensemble de la biologie, de la chimie, de la pathologie et de la neuropsychiatrie du cerveau, et explore également les mécanismes cognitifs régissant cet organe. La mission a visité ce département et s'est entretenue avec le Pr Nobuto Saito, neurochirurgien, le Dr Naoto Kunii, neurochirurgien, le Pr Takeshi Araki, psychiatre, le Pr Kazuya Iwamoto, psychiatre également. Il ressort de ces entretiens que la détection précoce des troubles pouvant donner lieu à des maladies mentales est une préoccupation des experts japonais qui ont mis au point un programme de sensibilisation et d'étude. Ils tentent de prendre en compte les risques de stigmatisation que cela implique. La recherche de nouvelles molécules contre ces troubles est active.

La faculté de médecine comprend également quatre centres d'excellence mis en place dans le cadre d'un programme de la Japan Society for the Promotion of Science (JSPS). Les thèmes de recherche portent notamment sur l'éducation à la bioéthique. En s'entretenant avec le Pr Akira Akabayashi, directeur du Centre d'éthique biomédicale, éthique et droit, le Dr Yoshinori Hayashi, maitre de conférence, et le Dr Shimon Tashiro, assistant dans ce département, la mission a mesuré l'étendue des points de convergence entre les spécialistes d'éthique biomédicale japonais et français, avec d'ailleurs, côté japonais, une conception plus ouverte des recherches sur les cellules souches.

L'Université Keio de Tokyo

C'est la première université privée du Japon. Les frais de scolarité figurent parmi les plus élevés du pays. Il existe 26 accords établis entre des universités françaises et l'Université Keio dans des domaines d'expertise variés.

La faculté de médecine comprend deux organisations dédiées à l'enseignement et un hôpital complètement intégré dans le dispositif hospitalier japonais, qui dispense donc des soins au grand public. Ces deux établissements qui assurent la formation des futurs médecins, sont organisés en divisions correspondant aux diverses spécialités de la médecine générale. L'hôpital universitaire de Keio dispose de 1000 lits, et plus de 4000 patients se rendent quotidiennement dans ses 26 services spécialisés. Il comprend des laboratoires spécifiques en médecine régénératrice et biologie du développement : l'Institute for Advanced Medical Research, le Center for Integrated Medical Research (médecine translationnelle). Le centre Tsukigase a été l'un des premiers établissements à proposer une médecine de rééducation à la suite d'accidents vasculaires cérébraux, d'atteinte du système nerveux central ou d'attaques cardiaques, ce qui est assez rare.

Les études réalisées sur le cerveau se concentrent sur l'aspect cellulaire, l'interaction entre neurones et le fonctionnement du système nerveux. Cette université dispose d'un département de biosciences et informatique très développé. Le laboratoire de recherche Tomita et Ushiba Laboratory, spécialisé dans la physiologie du cerveau, les mécanismes cognitifs et l'interface cerveau/machine travaille sur les interfaces homme/machine par ondes cérébrales. Cette structure de recherche collabore activement avec le département de médecine rééducative de l'hôpital universitaire afin d'intégrer les technologies développées dans les programmes de soins.

Dans le cadre du programme Global Center of Excellence, deux divisions de recherche de la faculté ont été constituées : d'une part, le Center for Human Metabolomic Systems Biology qui vise à explorer des mécanismes du métabolisme dans certaines conditions physiologiques pathologiques, où les stratégies de recherche se basent sur des expériences sur l'homme et l'animal ; et d'autre part, l'Education and Research Center for Stem Cell Medicine, l'application des protocoles expérimentaux concerne notamment la réparation de certains tissus par transplantation de cellules souches directement au sein des zones présentant des lésions. La mission s'est entretenue avec le Pr Hiroyuki Okano, directeur de recherche et développement, le Pr Michisuke Yuzaki, professeur au département de physiologie et le Dr François Renault-Mihara, post-doctorant français menant des recherches au département de physiologie. Les études sur les primates ont été présentées ; elles portent sur la modélisation de maladies neuropsychiatriques. L'importance de la recherche sur les primates non humains dans ce domaine a été soulignée, et le Japon se veut pionnier dans ce secteur.

L'Université de Kyoto

Elle dispose de son propre centre de recherche spécifique sur le cerveau le Human Brain Research Center. L'université de Kyoto est le centre d'excellence mondial sur les cellules souches pluripotentes induites, iPS découvertes par le professeur Yamanaka. L'université compte huit départements explorant les aspects du cerveau tels que la plasticité, la pathophysiologie, la neurologie, la neurochirurgie ou encore l'imagerie médicale.

Au sein de cet établissement créé en avril 2000, de nombreux travaux de recherche en imagerie sont menés grâce à l'emploi de techniques non invasives ; le très récent Kokoro Research Center s'y emploie à décrypter les mécanismes cognitifs et l'effet des émotions sur le cerveau, voire sur l'organisme. Au sein de la faculté de médecine, le Human Brain Research Center (HBRC), que son directeur, le Pr Hidenao Fukuyama, a présenté à vos rapporteurs, est consacré à l'ensemble des sciences et des techniques d'exploration non invasives du cerveau. Le Pr Fukuyama s'est interrogé sur les limites des modèles animaux s'agissant de la maladie d'Alzheimer, pour laquelle on bute sur les difficultés d'arrêter la production de plaques amyloïdes. L'établissement comprend trois départements fortement liés à l'étude des mécanismes cognitifs et à la rééducation cérébrale en tant que médecine régénérative pour les déficiences ou les troubles mentaux aigus.

Le centre dispose d'un nombre important d'équipements permettant la réalisation d'examens tels que l'imagerie par résonnance magnétique (IRM), la tomographie par émission de positons (TEP ou PET) et par émission mono-photonique, la magnétoencéphalographie (MEG), la stimulation magnétique transcrânienne. Il collabore activement avec la France et notamment avec le centre NeuroSpin et son directeur, Denis Le Bihan.

L'Université d'Osaka

De nombreux départements de cette université étudient les aspects cellulaires du cerveau et des neurones : pathologies, interactions, protéomique, génétique. La Graduate School of Frontier Biosciences est une faculté de huit départements spécialisés dans l'innovation biotechnologique. Au sein du département de neurosciences, six thématiques de recherche sur le cerveau sont étudiées: les neurosciences visuelles, les neurosciences du développement et du fonctionnement cérébral, les sciences cognitives, la biologie des neurones à l'échelle cellulaire et moléculaire, la plasticité des synapses, la dynamique du réseau cérébral.

c- Les Instituts de recherche du Ministère de l'Education, de la Culture, du Sport, de la Science et de la Technologie (MEXT).

Le Riken

Le Riken est l'un des grands instituts de recherche établi en 1917 sous la forme d'une fondation privée ; il devient une entreprise publique en 1958, puis une institution administrative indépendante sous tutelle du MEXT en 2003. Il disposait d'un budget d'environ 876 millions d'euros en 2010 financé en majeure partie par l'État. Il jouit d'un grand prestige : son Président, le professeur Ryôji Noyori, fut lauréat du prix Nobel de chimie en 2001. Il accueille environ 3000 personnes, incluant à la fois personnel administratif et chercheurs, et autant de chercheurs invités. Il a une mission de recherche dans tous les domaines scientifiques et technologiques liés aux sciences exactes (physique, chimie, médecine, biologie, ingénierie) et de diffusion de ses résultats auprès du public. Le Riken est considéré comme l'un des organismes les plus importants de recherche publique en sciences de la vie. 30 chercheurs français y sont présents, la Mission en a rencontré plusieurs au cours de sa visite.

Les travaux du Riken s'étendent de la recherche fondamentale à la mise au point d'applications pratiques. Il dispose de plusieurs centres de recherche dans le domaine biomédical. Le budget de ces différents centres représente 23,6 milliards de yens, soit près d'un quart du budget total. La médecine et la biologie constituent donc une part majeure de l'activité du Riken, et notamment l'étude et le traitement du cerveau.

Le Riken Brain Science Institute à Tokyo est l'un des plus grands centres d'étude du cerveau au Japon. Son directeur Toshihiko Oguru, le Dr Tadaharu Tsumoto, directeur de recherche du laboratoire de plasticité corticale et le Dr Kang Cheng, directeur de recherche du centre d'IMR fonctionnelle ont présenté aux rapporteurs les grands axes des recherches menées dans cet institut. La mission a visité le centre de neurocybernétique moléculaire dirigé par un Français le Dr Thomas Launey.

Etabli en 1997, dans une volonté de comprendre les mécanismes qui régissent le fonctionnement du cerveau par une approche interdisciplinaire, cet établissement comporte quatre grands départements de recherche : Mind and Intelligence Research Core ; Neural Circuit Function Research Core ; Disease Mechanism Research Core; Advanced Technology Development Core. Il dispose également du Neuroinformatics Japan Center et de deux centres de collaboration scientifiques avec les entreprises Olympus et Toyota. En partenariat avec Toyota, il a développé un prototype de fauteuil roulant contrôlable par la pensée. Les recherches menées dans ces centres concernent aussi bien la neurobiologie moléculaire que les sciences cognitives et les neurosciences computationnelles.

À Kobe le Riken Center for Molecular Imaging Science concentre ses recherches sur la dynamique de molécules in vivo. Il regroupe neuf laboratoires spécialisés dans la création de sondes moléculaires, de technologies d'imagerie et de développement de molécules pharmaceutiques. Les scientifiques ont à leur disposition des dispositifs parmi les plus perfectionnés en termes de résolution. La mission s'est entretenue avec son directeur le Dr Yasuyoshi Watanabe, le Dr Hirotaka Onoe du Functional Probe Research Laboratory, et le Dr Yosky Kataoka du Cellular Function Imaging Laboratory .

d- La participation des centres de recherches privés

Hitachi

Il dispose de son propre centre de recherche dans ce dernier secteur avec notamment une thématique, Brain Science Applications, et développe de très nombreux appareils d'imagerie et de diagnostic utilisés dans des établissements de soins et de recherche : échographie, IRM, scanners. Il met au point également des robots dédiés aux actes chirurgicaux, notamment les laparoscopies avec l'endoscope robotisé Naviot.

Cyberdyne

Cyberdyne est une entreprise de technologie robotique fondée en 2004 par le Pr Yoshiyuki Sankai, professeur de l'université de Tsukuba. Elle est à l'origine de l'exosquelette Human Assistive Limb (HAL), actuellement employé pour certains travaux pénibles dans la région de Fukushima et dans quelques hôpitaux pour la rééducation de patients. La technologie développée par Cyberdyne permet d'exploiter les influx nerveux et de transmettre l'information sous forme d'excitation motrice aux membres inférieurs robotisés. Ceux-ci déclenchent alors la marche assistée par l'exosquelette.

Advanced Telecommunications Research Institute International (ATR)

Établi en mars 1986 dans la région de Kyoto, ATR est un institut de recherche privé et indépendant qui mène des travaux de recherche fondamentale et appliquée dans le domaine des télécommunications à l'aide de financements publics ou privés, japonais et internationaux. L'ATR se trouve dans la Kansai Science City, ville fondée dans les années quatre-vingt-dix pour promouvoir les sciences et la recherche, qui rassemble des universités et des instituts de recherche tels que le National Nara Institute of Science and Technology et l'ATR que vos rapporteurs ont visité.

Sur 220 employés, 188 sont chercheurs. En avril 2010, 14% des scientifiques étaient étrangers. L'Institut est composé de deux centres de recherche : le Social Media Research Laboratory Group dédié au développement de systèmes automatisés, aux robots humanoïdes, aux ondes radios et à la téléphonie et le Brain Information Communication Research Laboratory Group, qui concerne le développement de l'interface neuronale directe ou interface cerveau/machine, permettant d'agir sur une machine par la pensée.

La mission s'est entretenue avec le Dr Mitsuo Kawato, directeur de ce laboratoire ainsi qu'avec le Dr Hiroshi Imamizu, directeur du laboratoire dédié aux mécanismes de la cognition et le Dr Noriko Yamagishi, chercheur dans ce laboratoire. D'après ces experts, le but des interfaces cerveau/machine et de la robotique est l'analyse et la récupération des fonctions perdues. Ils développent des systèmes de prothèses les plus perfectionnées possibles et les moins invasives.

Il existe trois laboratoires dédiés à l'étude des fonctions cérébrales et à leur traduction en instructions informatiques. Des prototypes d'appareils de mesure des signaux cérébraux sont également mis au point. L'objectif des travaux effectués est de comprendre les mécanismes cognitifs et les processus physiologiques d'apprentissage à l'aide d'une approche computationnelle et psychologique. L'amélioration de la résolution et de la qualité des images obtenues grâce aux différents types de scanners constitue également une thématique clé des recherches.

Depuis 2005, la société Honda et l'ATR conduisent des études conjointes sur l'interface homme/machine afin de connecter les hommes aux machines. En 2009, l'ATR a ainsi réalisé en collaboration avec les sociétés Honda et Shimadzu, un prototype d'interface cerveau machine combinant les technologies de spectroscopie à infrarouge et d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle afin de capter les ondes cérébrales et les variations de circulation sanguine. Les informations récoltées par l'interface avec la machine permettent au robot ASIMO (société Honda) d'agir en accord avec les pensées de l'utilisateur selon un taux de réussite évalué à 90%.


* 31 Mission des Rapporteurs au Japon du 5 au 9 février 2012.

* 32 Professeur de bioéthique médicale à l'université de Tokyo.