Robert Zatorre : le plaisir musical disséqué par les neurosciences

Robert Zatorre unit sa passion pour la musique et sa passion pour les sciences. Le chercheur a été un pionnier des neurosciences appliquées à la perception de la musique au moment où les premières machines d’imagerie cérébrales ont été mises au point et a montré avec son équipe que les circuits de la récompense et la dopamine pouvaient être associée à des plaisirs abstraits comme la musique. Il est titulaire de la chaire Inserm/IMéRA de septembre 2019 à février 2020 sur un projet en collaboration avec le Laboratoire de neuroscience des systèmes à la Timone. Portrait.

Robert Zatorre est professeur à l’Institut Neuroscientifique de Montréal de l’Université McGill, co-fondateur du laboratoire BRAMS, (Laboratoire international de recherche sur le Cerveau, la Musique et le Son). Voir la biographie complète de Robert Zatorre ICI sur le site de l’IMéRA, ainsi que son sujet de recherche à l’IMéRA.

Egalement passionné par la science et la musique, Robert Zatorre a opté pour une carrière scientifique dédiée à l’étude de la perception de la musique par le cerveau. Lorsque je rencontre le chercheur dans les locaux de l’IMéRA, sur le site de l’ancien Observatoire de Marseille, Robert Zatorre revient justement d’une visite à la Philharmonie de Paris. L’amour qu’il porte pour la musique classique n’explique pas seul son voyage. Le neuroscientifique de l’Institut Neuroscientifique de Montréal de l’Université McGill a profité de sa venue en France pour aller saluer une ancienne étudiante, Indiana Wollman, engagée à la Philharmonie de Paris pour diriger la recherche d’un « Dispositif d’éducation musicale et orchestrale à vocation sociale » (DEMOS), soit 35 orchestres composés d’enfants issus de milieux populaires. Il fait partie lui-même du conseil scientifique. Suivre et aider ses anciens doctorants dans leurs multiples pérégrinations fait partie de l’ADN du professeur, tout comme créer des collaborations dans le monde entier.

C’est justement pour travailler avec un ancien étudiant que Robert Zatorre est venu passer six mois à l’IMéRA de Marseille, Pascal Belin, aujourd’hui chef d’équipe au Laboratoire de neuroscience des systèmes à la Timone. Disposé à mettre en place une collaboration de long terme, Robert Zatorre s’intéresse avec le laboratoire marseillais à la manière dont les émotions sont suscitées par la voix ou la musique et comment elles sont véhiculées dans le cerveau. Si les chercheurs savent depuis une dizaine d’années lire ou moduler l’activité du cerveau grâce à la magnéto-encélographie ou en détectant ou envoyant des courants très faibles, ils commencent à présent à étudier les fréquences elles-mêmes de ces courants. Selon que les courant qui circulent dans le cerveau sont à 5 ou 20 Hz par exemple, le message peut être très différent.

Nous voulions un endroit intéressant du point de vue scientifique, où l’on connait du monde, dont on parle la langue, et où on mange bien ! Nous avons choisi Marseille.

Robert Zatorre (au nom de sa femme (Virginia Penhune) et lui).

Voir son ancien étudiant n’était pas son seul critère pour venir à Marseille, m’avoue Robert Zatorre. « Nous voulions [avec sa femme, Virginia Penhune, également résidente à l’IMéRA] passer notre année sabbatique dans un endroit intéressant du point de vue scientifique, où l’on connait du monde, dont on parle la langue, et où on mange bien ! » Quelques semaines après son arrivée, le chercheur se dit comblé sur tous les points, et a même réussi à trouver en l’Eglise de Saint Giniez dans le 8ème arrondissement un orgue sur lequel jouer tous les lundis ! Sa pratique fidèle de l’instrument, dont il possède même un exemplaire dans son laboratoire à Montréal, et son goût précoce pour la science va décider Robert Zatorre a appliquer ses connaissances en psychologie à la perception de la musique alors que personne n’étudie encore ce sujet dans les années 1970 !

Malgré l’incompréhension de ses pairs, Robert Zatorre fait sa thèse sur l’étude des sons musicaux au niveau comportemental sous la tutelle de Peter Eimas, célèbre pour avoir montré en 1971 que le nourrisson faisait la différence entre sons et parole. Il débute ensuite sa carrière en travaillant seul sur le sujet des relations entre cerveau et musique, dans « un coin de l’Institut neurologique de Montréal ». Robert Zatorre étudie alors les performances de patients atteints de lésions cérébrales aux réponses à des tests psychologiques, de manière à associer telle ou telle zone du cerveau avec telle ou telle fonction cérébrale. Mais en parallèle débute timidement une véritable révolution scientifique : celles des techniques d’imagerie cérébrales, qui vont rendre obsolètes les techniques reposant sur les tests psychologiques. Juste à côté de l’institut neurologique de Montréal, un laboratoire travaille sur la construction des premières machines.

Ma première image de cerveau en noir et blanc était pour moi comme Galilée voyant la première fois les anneaux de Saturne !

Robert Zatorre

Au fur et à mesure des visites qu’il rend visite aux chercheurs du laboratoire d’imagerie, Robert Zatorre va mettre au point avec eux ses premières expériences sur des personnes saines, non atteintes de lésions. Les premières techniques permettent alors de mesurer le débit sanguin qui atterrit dans telle ou telle région en faisant entendre certains sons aux volontaires. « A cette époque, on divisait le cerveau en huit régions, ça n’a plus rien à voir aujourd’hui. Toutefois cela m’a permis de mener mes premières expériences. Je me souviens de la première fois que je suis sorti du laboratoire avec une image de cerveau en noir et blanc. Une région était moins foncée que les autres. Elle correspondait aux zones qui répondaient aux sons. Cette image était pour moi comme Galilée qui voyait la première fois les anneaux de Saturne ! »

A partir des années 1990, les progrès en neurosciences s’accélèrent, l’étude du cerveau se fait de façon non invasive. Robert Zatorre quitte son « coin de laboratoire » et monte sa propre équipe de recherche tout en collaborant toujours étroitement avec une équipe de recherche en imagerie cérébrale. « Ils nous disaient : à partir de l’année prochaine, on va pouvoir mesurer telle donnée… Est-ce que ça vous intéresse ? Ca nous intéressait bien sûr ! Et nous leur donnions en retour des pistes à suivre pour développer leur instrument de manière à servir l’intérêt de nos recherches. » A la fin des années 1990, la notion de fonctionnement en réseau du cerveau est juste naissante. Dans les années 2000, l’idée qu’une région seule du cerveau est utilisée pour une seule fonction est délaissée pour parler de réseau neuronal, et même ensuite de réseaux de réseaux.

Les circuits de la récompense et la dopamine peuvent être associée à des plaisirs abstraits comme la musique et non plus seulement aux plaisirs dits biologiques

En 2010, les chercheurs de l’Institut neuroscientifique de Montréal dirigés par Robert Zatorre publient une étude majeure dans la revue Nature Neuroscience. Pour la première fois, ils mesurent la libération de dopamine en réaction à une écoute musicale agréable, et même en anticipant une écoute musicale agréable ! Les chercheurs découvrent ainsi que certains réseaux impliqués dans l’écoute de la musique touchent le circuit de la récompense (responsable de la dopamine), un circuit identifié il y a plus de 50 ans chez les animaux et chez l’humain comme essentiel à leur survie.

Nous avons tous entendu parler de ces études où un rat qui a faim apprend à presser sur un levier qui lui donne quelque chose à manger. A chaque fois que le rat obtient de la nourriture, des neurones de son circuit de la récompense s’activent et renforcent ainsi son apprentissage : « quand j’appuie sur le levier, j’obtiens à manger ». Robert Zatorre et son équipe démontrent dans leurs études que ce même circuit de la récompense est activé par la perception de la musique. « C’était bouleversant, explique-t-il. On ne parlait plus de stimulis biologiquement nécessaires à la survie, comme de la nourriture mais de stimulis abstraits, qui dépendent de la culture personnelle du sujet, mais qui finalement ne lui servent à rien en terme de survie physique ! »

Le système de récompense ne fonctionne pas toujours bien chez toutes les personnes. La musique pourrait être utilisée pour le réguler.

« Ce système de récompense ne fonctionne pas toujours bien, continue Robert Zatorre. C’est le cas de personnes en dépression clinique, ou de patient atteints de la maladie de Parkinson, qui souffrent alors d’hypo-activation de leur système de récompense : celui-ci ne répond pas aux stimulus comme il devrait. Dans le cas de personne souffrant d’addictions, à la drogue par exemple, c’est l’hyper-activation du système de récompense qui est en jeu. La musique pourrait alors être utilisé de façon à réguler le système de récompense. » L’équipe travaille actuellement avec une équipe de Tel Aviv qui développe des méthodes cliniques appliquées à des cas psychiatriques de dépression ou d’anhédonie (incapacité d’un sujet à ressentir des émotions positives). La musique y est utilisée comme signal pour augmenter ou diminuer l’activité du système de récompense.

A l’inverse, une étude publiée en 2019 par l’équipe de Robert Zatorre et un groupe de Barcelone, montre que l’appréciation de la musique par une personne peut être modifiée si on lui donne préalablement des médicaments qui augmente ou diminuent la dopamine !

Le professeur promeut une science ouverte et collaborative. Il multiplie les collaborations, notamment avec les laboratoires accueillant ses anciens étudiants, à Barcelone, en France, Allemagne, au Danemark … En 2008, le chercheur créé le laboratoire BRAMS avec Isabelle Peretz, (Laboratoire international de recherche sur le Cerveau, la Musique et le Son) pôle d’excellence dans le domaine de la cognition de la musique, qui a pour ambition de faire travailler ensemble des spécialistes de l’accoustique, la linguistique, l’éducation, la musique, l’informatique…, et qui fait partie maintenant d’un pôle centre encore plus vaste, le CRBLM, Centre de Recherche sur le Cerveau, le Langage et la Musique.

Robert Zatorre profite aussi de son séjour à Marseille pour préparer l’écriture d’un livre sur le thème de « La musique, le plaisir, la récompense. » Il y fera le point des avancées réalisées sur la perception de la musique et identifiera les pistes pour le futur, qui sont vastes. Les algorithmes d’intelligence artificielle par exemple, qu’il est habitué à côtoyer pour l’analyse des données de magnétoencélographie, sont de plus en plus appliqués à la musique elle-même ! « Des algorithmes permettent aujourd’hui de quantifier la complexité d’un morceau. Un travail jusqu’ici réservé aux musicologues, mais dont les conclusions pouvaient beaucoup varier d’un spécialiste à l’autre. D’autres algorithmes sont maintenant conçus pour écrire la musique elle-même en tenant de certaines caractéristiques mathématiques comme la complexité ! »

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