Gilbert Chauvet

Comprendre l'organisation du vivant
et son évolution vers la conscience

Editions Vuibert - Collection Automates Intelligents
dirigée par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin

février 2006, 164 pages - 20 euros

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Présentation
(texte de 4ème de couverture)
Table des matières
Préface

Catalogue général de la collection


Présentation

Texte de 4ème de couverture

La modélisation du vivant à des fins thérapeutiques est aujourd'hui un secteur de pointe de la recherche médicale. Les travaux de Gilbert Chauvet sont au cœur de ces innovations où l'étude de la pensée et du vivant s'appuie sur les ressources de l'informatique.
Spécialiste des neurosciences, il a ainsi construit une théorie mathématique du vivant servant notamment à découvrir et à tester de nouveaux médicaments.
Partisan de l'idée cartésienne selon laquelle les mathématiques nous donnent accès à la connaissance des lois de la nature, il en tire des conséquences sur l'ensemble des processus du vivant, en particulier sur la compréhension de la conscience de soi telle qu'elle a pu surgir dans le cadre de l'évolution des espèces.

À l'heure où l'offensive contre Darwin reste vivace et alors que, dans certains mouvements comme le " dessein intelligent " (Intelligent Design), on prétend encore que "le vivant est si complexe qu'il ne pourrait provenir que d'un esprit supérieur, Dieu ou toute autre force surnaturelle", ce livre offrira de précieux arguments pour réfuter le créationnisme.
En effet, l'un des problèmes essentiels de la biologie étant de comprendre comment la matière vivante est organisée, comment les mécanismes se sont graduellement formés au cours du développement d'une espèce et comment ils ont permis le passage d'une espèce à l'autre, le principe de la sélection naturelle suffit-il à expliquer la construction des organismes ?
En partant de cette hypothèse, le modèle de Gilbert Chauvet permet d'expliquer les phénomènes à l'œuvre dans le vivant. Il complète ainsi la théorie de l'évolution qui établit l'origine commune et unique de tous les êtres vivants.

Dans ce livre clair et concis où chaque chapitre est suivi d'un résumé et d'un glossaire tandis que les données scientifiques sont regroupées en annexe, l'auteur illustre sa théorie de nombreux exemples.

Fondateur et rédacteur en chef du Journal of Integrative Neurosciences, auteur de nombreux articles de recherche et de plusieurs livres dont La vie dans la matière (Flammarion, collection " Champs ") ainsi que du Traité de physiologie théorique (Masson) traduit en anglais chez Elsevier, Gilbert Chauvet, mathématicien et physicien de formation, est devenu médecin pour modéliser le vivant..


Table des matières

Préface

Avant Propos

Chapitre 1 : Un principe pour l'organisation du vivant : l'auto-association stabilisatrice

L'interdisciplinarité : une communication difficile
Le PAAS, un principe général organisateur en biologie ?
Que peut-on déduire d'un principe général organisateur de nature mathématique ?
Résumé
Vocabulaire

Chapitre 2 : Mathématiser la biologie


Pourquoi la biologie n'est-elle pas mathématisée ?
Mathématiques et physique
Mathématiques, physique et médecine
Mathématiques, physique, médecine et physiologie
En conclusion : et l'informatique ?
Résumé
Vocabulaire

Chapitre 3 : Qu'est-ce qu'un modèle mathématique

Le phénomène
L'expérimentation
La formatlisation
L'intégration
L'interprétation
Résumé
Vocabulaire

Chapitre 4 : L'organisation de la matière

De la complexité du vivant
De la complexité du vivant à la matière : la chimie
- Thermodynamique de l'équilibre
- Thermodynamique du non-équilibre

La biochimie
Résumé
Vocabulaire

Chapitre 5 : La matière vivante : une intégration organisée

L'interaction physique : un type de causalité
L'interaction fonctionnelle : un autre type de causalité
Sur la nature de l'interaction fonctionnelle
Hiérarchie et discontinuités structurales
Unité structurale
L'eau et la vie : l'eau vecteur de l'interaction non locale
Où se termine la physique ? Où commence le vivant ?
Résumé
Vocabulaire

Chapitre 6 : L'évolution vers l'intégration : un hasard contraint

Un modèle mathématique générique
Un principe général organisateur
L'unité fonctionelle, résultat de l'évolution
Les trois étapes de l'évolution vers l'être vivant
- Etape 1 : la formation des premières unités structurales
- Etape 2 : l'auto-reproduction d'espèces chimiques structuralement organisées
- Etape 3 : l'origine de la vie ou la création des premières interactions fonctionnelles : la cellule primitive v
L'évolution vers l'espèce : l'auto-organisation ou les conséquences sur l'auto-reproduction des contraintes environnementales
- Il faut s'adapter : la cohérence vitale
- La diversification des fonctions : spécialisation
La quatrième étape de l'évolution : l'apparition de la sexualité et l'identification de l'espèce
- Le cas des êtres unicellulaires
- Le cas des êtres pluricellulaires
L'évolution d'une espèce à l'autre: la création des espèces
- Le principe de cohérence vitale généralisée
- Le mécanisme de trans-spéciation
- Deux conditions à la
trans-spéciation
- Quelques causes possibles de trans-spéciation
- L'exemple de la taupe : où en est-elle de son évolution
- Et Darwin dans tout cela ?
L'évolution du monde vivant : orthogenèse et flèche du temps
- Existe-t'il une direction du temps ?
- Le monde vivant comme un unique systèmes auto-organisateur
Résumé
Vocabulaire

Chapitre 7 : L'évolution vers les fonctions cognitives : un accroissement majeur de la complexité

Mémoire et apprentissage
- L'intégration du tissu nerveux : un problème résolu par les S-Propagateurs
- Mémoire et apprentissage
- La théorie du champ neural : une intégration du temps et de l'espace

- La théorie du champ neuro-hormonal : les émotions
L'intelligence : Une mise en relation temporelle
- L'intelligence du mouvement : la coordination du mouvement par le cervelet
- L'intelligence cognitive

Sommes-nous des ordinateurs ?
L'évolution vers la conscience
- Comment définir la conscience ?
- Une rupture de la non-symétrie
- Quel mécanisme est à la base de la conscience ?

Résumé
Vocabulaire

Conclusion

Conséquence de l'intégration biologique, produit de l'évolution

- L'intégration progressive dans la durée : une réponse à l'apparition de la vie
- Une primière conséquence : l'impossibilité d'une création de novo
- La distinction entre le monde physique et le monde vivant
- Action sur la maladie : découverte de nouveaux médicaments
- Le problème de la conscience
- En conclusion
- Résumé
- Vocabulaire

Annexe 1
Représentation mathématique d'un système biologique

- (O-SBF) ET (D-SBF)
- Auto-organisation
- "Voir" un système biologique en 3D
- Le champ pour étudier la dynamique du système
- Les S-propagateurs pour traverser les niveaux d'organisation

Annexe B
La vie d'un système biologique


Développement, maturité et vieillissement

La phase de développement
- Il existe un potentiel d'organisation
- Pourquoi cette organisation observée ?
- L'hypothèse extrémale
- Sans ré-organisation
- Avec ré-organisation : spécialisation fonctionnelle


La phase adulte et le vieillissement
- L'homéostasie 156
- Le vieillissement 157

Table des illustrations

Biographie

Index

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Préface par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin (directeurs de la collection)

Ce livre fera certainement l'effet d'une bombe dans le monde de la biologie. Ce n'est d'ailleurs pas simplement cet ouvrage mais l'ensemble des travaux de l'auteur qui mérite d'être qualifié de révolution conceptuelle, de la même manière que l'a été à son époque l'invention de la physiologie et de la médecine expérimentale par Claude Bernard. Cette dernière, parce qu'elle conciliait épistémologie et physiologie, expérimentation et observation clinique, a marqué le démarrage de l'art de la médecine comme pratique scientifique. Les recherches proposées aujourd'hui par Gilbert Chauvet en sont le prolongement et le complément, apportant un autre chapitre fondateur à cette longue histoire. L'apport de principes théoriques généraux mathématiques et intégratifs adaptés au vivant - gage de la naissance d'une véritable biologie et physiologie intégratives - fait désormais entrer la médecine, les sciences de la vie et leurs nombreuses applications dans le champ des sciences théoriques dites "dures". Dans cette perspective, la pratique de l'art médical et de la biologie devient ingénierie de la vie.

L'organisme vivant est une sorte d'usine de type unique qui, malgré les vicissitudes des interactions entretenues avec le milieu extérieur, présente l'incroyable pouvoir de maintenir tout au long de sa vie l'intégrité de sa substance et des mécanismes complexes qui l'habitent. Pour l'auteur, il est fondamental d'expliciter la logique qui sous-tend ce phénomène unique si on veut comprendre ce qui différencie le vivant de l'inerte et si, en conséquence, on veut savoir comment intervenir de façon rigoureuse pour remédier aux dysfonctionnements des êtres vivants, qu'il s'agisse de la cellule, du cerveau ou de l'organisme dans son entier. Mais pour cela, il faut disposer d'une "théorie de la vie".

Dans son ouvrage Prédire n'est pas expliquer [Eshel, 1991- réédition Flammarion, 1993], René Thom regrettait que les chercheurs se dispersent aujourd'hui dans des manipulations multiples et ne prennent pas le recul nécessaire pour proposer des théories nouvelles face à l'inflation expérimentale. Et si des théories de la vie ont été énoncées à travers les âges, depuis le vitalisme jusqu'au néo-darwinisme, ce ne sont finalement là pour Gilbert Chauvet que des hypothèses de nature philosophique. Selon lui, une véritable théorie de la vie doit reposer sur une modélisation mathématique explicative. Pour les biologistes, qui ne sont ni physiciens ni mécaniciens, ceci pourrait passer pour de l'hérésie réductionniste : le vivant, ce n'est pas des mathématiques ! Mais, pense Gilbert Chauvet, c'est parce qu'ils n'ont pas encore trouvé le bon type de modèle permettant de rendre compte du phénomène vital. Et c'est ce modèle, cette "bombe conceptuelle", qui est présenté dans cet ouvrage.

Ainsi, après un travail de plus de vingt années, l'auteur a dégagé des lois permettant de modéliser utilement l'organisme. Elles expriment le fait que la vie est un miracle permanent résultant d'une intégration incessamment renouvelée d'une grande quantité de mécanismes physiologiques. Le professeur Chauvet en propose les grands principes. Les interactions fonctionnelles, dans un système vivant, sont non symétriques, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas réversibles. Ceci se traduit par le fait que le vivant ne peut jamais remonter son histoire. Ces interactions sont également non-locales. Le stimulus chimique ou électrique produit par un organe agit à distance sur sa cible, en traversant de nombreux niveaux hiérarchiques qu'il n'affecte pas. Contrairement à un ordre donné directement par un supérieur hiérarchique à son adjoint situé près de lui, il s'agit d'un ordre qui ressemblerait à celui porté par un messager à un destinataire situé dans un autre organisme et dans un autre pays que celui de l'émetteur de l'ordre, et lui arrivant selon la procédure bien connue de l'administration, c'est-à-dire en respectant la voie hiérarchique. On conçoit alors que si l'on veut comprendre pourquoi le destinataire se comporte comme il le fait, il faut que l'on ait identifié la nature du message et les filières complexes par lesquelles ce dernier atteint sa cible.

Enfin, les différents messages, dans la théorie de Gilbert Chauvet, loin de déstabiliser le système en s'accumulant et s'entrecroisant sans cesse, ont pour effet de lui permettre ce que l'auteur appelle une auto-association stabilisatrice. Plus le système devient complexe, plus il devient "dur", c'est-à-dire durable et capable de résister aux changements et agressions du milieu - ceci dans certaines limites évidemment, puisque les êtres vivants finissent bien par mourir, contrairement à des machines bien entretenues.

Aujourd'hui, et malgré ce que l'on pourrait penser, les biologistes continuent de travailler sur un mode artisanal et empirique. Ils procèdent à de nombreuses observations de type descriptif et statistique : telle hormone, par exemple la testostérone, semble agir avec telle probabilité sur tel organe en provoquant tel symptôme. Mais comment cette hormone se combine-t-elle à de nombreuses autres pour agir, d'une part sur cet organe, d'autre part sur d'autres organes ? Nul ne peut le dire, car nul ne dispose à ce jour d'un modèle de la physiologie intégrant l'ensemble des observations faites depuis les origines de la médecine puis de la biologie moléculaire. Un tel travail est hors de portée de la description littéraire puisque, potentiellement, ce sont des centaines de milliers d'actions et de réactions qu'il faudrait intégrer pour commencer à approcher la complexité d'un organisme vivant même simple.

Mais ceci, le modèle mathématique et informatique proposé par Gilbert Chauvet permet de le faire. Nous en aurons bientôt la preuve matérielle puisqu'une première réalisation en vraie grandeur de ce modèle est en train d'aboutir, concrétisée par la création prochaine d'une entreprise innovante par le chercheur.

A quoi ceci servira-t-il ? D'abord au diagnostic thérapeutique puisque sa représentation d'un système biologique fournit une définition rigoureuse du "terrain", c'est-à-dire de toutes les interrelations entre les parties d'un organisme, ce qui fournira les causes des maladies multifactorielles. De même, on pourra mieux étudier, en évitant de coûteuses expériences in vivo, l'effet d'une nouvelle molécule sur l'organisme tout entier. On voit l'intérêt qu'y trouveront les industries pharmaceutiques et plus généralement les soignants.

Mais ces travaux induisent aussi d'autres avantages fondamentaux. La pratique clinique et l'expérimentation biologique et pharmacologique accumulent des quantités considérables d'observations. Celles-ci aujourd'hui vont s'entasser dans des bases de données qui, bien qu'informatisées par les outils de documentation automatique, n'ont guère d'intérêt pratique. Les éléments en sont dispersés sur d'innombrables supports, au lieu d'être rendus disponibles au moment où le scientifique en a besoin. Leur intégration dans le système mathématique et informatique proposé par l'équipe du professeur Chauvet les rendra utilisables. Et ceci sans limites de taille et de temps de réponse puisque les performances de l'informatique moderne permettent aujourd'hui de traiter des quantités considérables d'informations.

En poussant encore plus loin notre raisonnement, on peut penser qu'au bout d'un certain temps le modèle, ayant atteint une grandeur suffisante, pourra faire apparaître de l'inconnu, c'est-à-dire suggérer des hypothèses qui seront testables expérimentalement. Il y aura là une source inépuisable de sujets de thèses et d'applications pour les chercheurs, qui devraient révolutionner la démarche biologique et renouveler l'intérêt professionnel de ceux qui s'y adonnent. On peut espérer aussi que la mathématisation du vivant, encore bien fruste disent les spécialistes au regard de la complexité de celui-ci, pourra bénéficier des problèmes théoriques soulevés par le fonctionnement du modèle.

Soulignons-le avec force : la démarche du Professeur Chauvet est novatrice, du moins en France, et ceci pour plusieurs raisons. Il est un représentant rare, sinon unique (?) de trois cursus différents : la physique, les mathématiques, la médecine (c'est-à-dire aussi la biologie), sans parler de sa grande connaissance de la philosophie des sciences. Tout cela parce que pour lui "c'était la seule façon de vraiment comprendre le fond des choses" et que "observer n'est pas expliquer".

Mais sa démarche est également exemplaire par le fait qu'il ne s'est pas contenté de théoriser, mais cherche aussi aujourd'hui les supports financiers lui permettant de fonder sa société et de réaliser ses prototypes. Souhaitons-lui alors toute la réussite possible, avec un produit industriel breveté et la création de nombreux emplois.



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