Le mystère que les neurosciences n’ont pas encore résolu
Nous savons aujourd’hui décrire avec une grande précision la façon dont les neurones produisent des signaux électriques et s’organisent en réseaux. Pourtant, une question résiste : comment cette activité biologique devient-elle une expérience vécue ? Pourquoi certains signaux s’accompagnent-ils d’une couleur, d’une douleur, d’un souvenir ou simplement du sentiment d’être soi ?
Nous pouvons observer un cerveau en activité, suivre la circulation de l’information et identifier les régions nécessaires à certaines perceptions. Mais le passage entre cette mécanique biologique et l’expérience subjective reste mystérieux. C’est dans cette zone encore obscure qu’une hypothèse audacieuse revient régulièrement : et si la conscience ne reposait pas seulement sur les échanges entre neurones, mais aussi sur des phénomènes quantiques se déroulant au cœur même des cellules cérébrales ?
Des structures microscopiques au cœur du cerveau
Cette idée a retrouvé une actualité particulière avec une expérience publiée en 2024 par des chercheurs du Wellesley College, aux États-Unis. Leur étude porte sur de minuscules structures appelées microtubules.
Ces cylindres microscopiques, constitués de protéines nommées tubulines, font partie de l’architecture interne de nos cellules. Dans les neurones, on peut les imaginer comme un mélange d’échafaudage et de réseau ferroviaire : ils participent au maintien de la cellule et servent de voies le long desquelles sont transportées des molécules indispensables.
Mais certains chercheurs soupçonnent depuis longtemps qu’ils pourraient faire davantage. Pour tester leur rôle dans l’anesthésie, l’équipe de Wellesley a administré à des rats de l’épothilone B, une molécule capable de stabiliser les microtubules, avant de les exposer à de l’isoflurane, un anesthésique général.
Une minute de plus avant l’anesthésie
Comme on ne peut évidemment pas demander à un rat s’il se sent encore conscient, les scientifiques utilisent des indicateurs comportementaux. L’un des plus courants est le réflexe de redressement : lorsqu’un rat est placé sur le dos, il cherche spontanément à retrouver sa position normale. Sous anesthésie, ce réflexe finit par disparaître.
Après stabilisation de leurs microtubules, les animaux ont mis en moyenne 69 secondes supplémentaires avant de perdre ce réflexe. Cela ne signifie pas qu’ils ont été « conscients une minute de plus » : le réflexe de redressement n’est pas une mesure directe de l’expérience subjective. Mais l’expérience montre bien qu’une modification des microtubules peut modifier la réponse comportementale à l’anesthésie.
Pourquoi une différence d’à peine une minute suscite-t-elle autant d’intérêt ? Parce que le résultat touche directement une théorie très particulière de la conscience.
Orch OR : une théorie radicale de la conscience
Cette théorie porte le nom d’Orch OR, pour Orchestrated Objective Reduction, ou « réduction objective orchestrée ». Elle a été développée à partir des années 1990 par deux chercheurs aux parcours très différents : le mathématicien et physicien Roger Penrose et le médecin anesthésiste Stuart Hameroff.
Leur question de départ est finalement assez simple : peut-on réellement expliquer toute la conscience en considérant uniquement les neurones comme les composants d’un immense circuit électrochimique ?
Nous comprenons de mieux en mieux comment le cerveau reçoit une information, la compare à des souvenirs ou prépare une action. Mais une difficulté demeure : pourquoi ce traitement de l’information s’accompagne-t-il d’une expérience intérieure ? Pourquoi ne sommes-nous pas seulement des organismes qui traitent des données, mais des organismes auxquels le monde semble faire quelque chose ?
Penrose et Hameroff proposent alors de regarder non plus seulement entre les neurones, mais à l’intérieur des neurones, du côté précisément des microtubules.
Là où intervient la mécanique quantique
Le mot « quantique » est souvent utilisé de manière abusive, mais la mécanique quantique est une théorie physique parfaitement établie. À l’échelle des atomes et des particules, la matière possède des propriétés très éloignées de notre intuition quotidienne.
Un système peut notamment être décrit comme une combinaison de plusieurs possibilités avant qu’une interaction conduise à un résultat déterminé : c’est ce que l’on appelle la superposition quantique.
Penrose et Hameroff proposent que les protéines constituant les microtubules puissent participer à des états quantiques organisés. Ces états évolueraient pendant un certain temps puis subiraient une transition vers une réalité déterminée.
Penrose appelle ce phénomène hypothétique la « réduction objective » et avance qu’il pourrait être lié à quelque chose de très profond : la structure physique de l’espace-temps elle-même. Hameroff propose, lui, que l’organisation biologique du cerveau puisse coordonner — ou « orchestrer » — ces événements quantiques.
Dans Orch OR, certains de ces événements correspondraient alors à des moments élémentaires de conscience.
Le cerveau ne fabriquerait peut-être pas tout seul la conscience
Si cette hypothèse était un jour confirmée, les conséquences seraient considérables. Nous imaginons généralement que la conscience apparaît lorsque la matière cérébrale atteint un degré suffisant de complexité : suffisamment de neurones, suffisamment de connexions, suffisamment de traitement d’information, et une expérience subjective finit par émerger.
Orch OR propose une possibilité différente. Le cerveau ne fabriquerait peut-être pas la conscience entièrement à partir de rien ; il pourrait exploiter un processus plus fondamental déjà inscrit dans les lois de la nature.
Cela ne supprimerait évidemment pas le rôle du cerveau. Une lésion cérébrale peut bouleverser la mémoire, la personnalité, la perception ou le sentiment de soi. Notre conscience dépend profondément de notre organisation neuronale.
Mais le mécanisme physique rendant possible l’existence même d’une expérience subjective pourrait avoir des racines beaucoup plus profondes. Dans cette vision, le cerveau serait moins une simple « usine à conscience » qu’une architecture biologique capable d’organiser un phénomène fondamental.
Pourquoi l’anesthésie est si intéressante
L’anesthésie constitue un terrain d’expérience particulièrement fascinant. Quelques molécules peuvent suffire à faire disparaître notre relation consciente au monde sans détruire le cerveau.
Les neurones sont toujours là. Les cellules continuent à fonctionner. Une grande partie de l’activité biologique se poursuit. Pourtant, l’expérience consciente semble s’interrompre, puis réapparaître lorsque l’anesthésique est éliminé.
Si les microtubules participent réellement à un mécanisme indispensable à la conscience, certains anesthésiques pourraient agir en partie en perturbant ce mécanisme.
C’est ce qui donne à l’expérience de Wellesley son intérêt : stabiliser les microtubules a retardé l’effet comportemental de l’isoflurane, comme le prédisent certains modèles faisant des microtubules une cible importante de l’anesthésie et de la conscience.
Mais il faut immédiatement ajouter une distinction essentielle : un résultat compatible avec Orch OR n’est pas une preuve d’Orch OR.
Ce que l’étude ne démontre pas
Les chercheurs n’ont observé aucun phénomène quantique responsable de la conscience dans le cerveau des rats. Ils n’ont pas davantage montré que le cerveau fonctionnait comme un ordinateur quantique.
Les microtubules possèdent déjà de nombreuses fonctions biologiques parfaitement classiques. Modifier leur stabilité pourrait donc influencer les neurones et l’action d’un anesthésique sans qu’aucun phénomène quantique particulier soit nécessaire.
L’étude montre donc quelque chose de précis : intervenir sur les microtubules modifie la réponse à l’isoflurane. Le passage entre cette observation et l’idée d’une conscience quantique reste à démontrer.
Le principal obstacle : la décohérence
Il existe d’ailleurs une objection physique majeure : la décohérence.
Les états quantiques les plus fragiles sont facilement perturbés par les interactions avec leur environnement. Or le cerveau est chaud, humide et extraordinairement agité à l’échelle moléculaire.
En 2000, le physicien Max Tegmark a calculé que certains états quantiques alors proposés pour expliquer la cognition devraient perdre leur cohérence beaucoup trop rapidement pour influencer les processus neuronaux. Son argument était donc que, même si toute matière est évidemment quantique à l’échelle fondamentale, le cerveau fonctionne, aux échelles pertinentes pour la pensée, comme un système essentiellement classique.
Penrose, Hameroff et d’autres chercheurs ont contesté certains paramètres et certaines hypothèses de ces estimations. Le débat n’est donc pas simplement « la physique quantique existe-t-elle dans le cerveau ? », puisque toute matière obéit en dernière analyse à la mécanique quantique.
La vraie question est : le cerveau peut-il préserver et exploiter des états quantiques particuliers suffisamment longtemps pour qu’ils aient une fonction dans la conscience ?
La biologie quantique change la donne
Cette question paraît aujourd’hui un peu moins extravagante qu’il y a quelques décennies, car la biologie quantique a montré que certains phénomènes quantiques peuvent avoir une importance fonctionnelle dans des systèmes vivants.
La photosynthèse, par exemple, fait intervenir des phénomènes où la description quantique est importante. La recherche explore également des mécanismes quantiques possibles dans la magnétoréception de certains animaux ou dans certaines réactions enzymatiques.
Cela ne constitue absolument pas une preuve en faveur d’une conscience quantique. Le saut entre une propriété quantique utilisée dans une réaction biologique et l’apparition d’une expérience subjective est immense.
Mais cela affaiblit une objection simpliste : un organisme vivant n’est pas nécessairement trop chaud ou trop complexe pour qu’un phénomène quantique y joue un rôle biologique.
Ce qu’il faudrait encore démontrer
Pour savoir si Orch OR décrit réellement quelque chose de fondamental, il faudrait aller beaucoup plus loin que l’expérience de Wellesley.
Il faudrait observer directement les états quantiques supposés dans des microtubules biologiques, montrer qu’ils persistent suffisamment longtemps, puis établir qu’ils changent de manière prévisible lorsque la conscience apparaît ou disparaît.
Il faudrait surtout réussir à perturber spécifiquement ces phénomènes quantiques sans simplement altérer les autres fonctions des neurones, puis montrer que cette intervention modifie l’état conscient.
Nous en sommes encore loin.
Mais c’est précisément ce qui rend cette histoire intéressante : une hypothèse longtemps considérée comme essentiellement théorique commence à être confrontée à des expériences biologiques capables d’en examiner certaines prédictions.
Et si une partie du puzzle se trouvait à une autre échelle ?
Les neurosciences ont surtout cherché la conscience dans les échanges entre neurones et dans l’activité coordonnée de vastes réseaux cérébraux. Ces approches ont produit des résultats considérables et restent aujourd’hui centrales.
Rien n’interdit cependant d’examiner en parallèle ce qui se joue à des échelles beaucoup plus petites.
Peut-être les microtubules se révéleront-ils simplement comme une nouvelle pièce importante du puzzle de l’anesthésie. Peut-être participent-ils à l’organisation de l’information à l’intérieur du neurone d’une manière encore mal comprise.
Ou peut-être découvrirons-nous effectivement qu’ils permettent au cerveau d’exploiter certains phénomènes quantiques.
Une conscience reliée à la structure fondamentale de l’Univers ?
Cette dernière possibilité est évidemment la plus spectaculaire.
Si elle se confirmait, la conscience pourrait être comprise comme un phénomène quantique organisé par le cerveau, mais dont les racines plongeraient dans la structure fondamentale de l’Univers.
Cela ne signifierait ni que l’Univers possède un esprit semblable au nôtre, ni que toutes les consciences communiquent mystérieusement entre elles. L’hypothèse est plus subtile : les propriétés physiques permettant l’apparition d’une expérience subjective pourraient faire partie des caractéristiques profondes de la réalité, bien avant que l’évolution ne fasse apparaître des cerveaux capables de les exploiter.
Pour l’instant, cette idée reste spéculative, controversée et très éloignée du consensus scientifique. Mais si de nouvelles expériences permettent réellement de tester les prédictions d’Orch OR, nous pourrons progressivement déterminer si cette théorie constitue une fausse piste fascinante ou l’indice d’un niveau encore inconnu du fonctionnement cérébral.
Et si un lien direct entre phénomènes quantiques, microtubules et conscience finissait un jour par être établi, nous ne découvririons pas seulement un nouveau mécanisme du cerveau : nous serions peut-être obligés de repenser la place même de l’esprit dans notre description physique de l’Univers.
Bibliographie
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- Hameroff, S., & Penrose, R. (2014). Consciousness in the universe: A review of the ‘Orch OR’ theory. Physics of Life Reviews, 11(1), 39–78.
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- Romero, E., Novoderezhkin, V. I., & van Grondelle, R. (2017). Quantum design of photosynthesis for bio-inspired solar-energy conversion. Nature, 543, 355–365.
