Le neurophysiologiste anglais Edgar Douglas Adrian, 1er baron Adrien de Cambridge (né en 1889), a partagé le prix Nobel de physiologie ou de médecine avec Sir Charles Sherrington pour leurs découvertes concernant les fonctions des neurones.
Edgar Douglas Adrian, né à Londres le 30 novembre 1889, était le deuxième fils de A. D. Adrian, conseiller juridique auprès du Local Government Board. Il entra au Trinity College de Cambridge en 1908 et obtint en 1911 les honneurs en sciences naturelles. Il entreprit ensuite des recherches en physiologie et, en 1913, fut élu membre de Trinity. Par la suite, il suivit ses cours cliniques à l'hôpital St. Bartholomew de Londres et obtint son diplôme de médecine à Cambridge en 1915. Pendant le reste de la Première Guerre mondiale, il étudia des hommes atteints de lésions nerveuses et de maladies nerveuses. le système nerveux à Cambridge. Il y fut professeur de recherche à la Royal Society de Foulerton de 1929 à 1937, lorsqu'il devint professeur de physiologie à l'université de Cambridge.
Premières recherches sur les fibres nerveuses simples
De nombreux travaux expérimentaux au 19ème et au début du 20ème siècles ont montré que lorsqu'un nerf moteur isolé était stimulé électriquement, l'influx nerveux résultant provoquait non seulement la contraction du muscle associé à ce nerf mais s'accompagnait d'un changement de potentiel électrique (le courant d'action) au point actif du nerf. Ce courant passait le long du nerf à grande vitesse. Il était suffisamment fort pour être mesuré par un électromètre capillaire très délicat, et les oscillations produites dans le niveau de mercure pouvaient être enregistrées par photographie sur une bande de papier en mouvement. En aucun point du nerf, l'activité ne durait que quelques millièmes de seconde, et ce point devenait temporairement réfractaire à une stimulation ultérieure dès que l'impulsion l'avait passé. En 1909, Keith Lucas a prouvé le principe «tout ou rien» important dans le muscle, c'est-à-dire dans un nerf moteur. Ce principe impliquait que, dans une fibrille nerveuse, un stimulus juste assez fort pour provoquer une contraction des fibres musculaires qu'il fournissait produisait une contraction maximale.
dans ces fibres. Dans un nerf moteur, une augmentation du stimulus agissait en mettant plus de fibres nerveuses en action.
Au début des années 1920, pratiquement tous les travaux dans ce domaine avaient été réalisés sur les nerfs moteurs, car les instruments alors disponibles n'étaient pas suffisamment sensibles pour détecter les impulsions extrêmement minimes produites par la stimulation des nerfs sensoriels. Adrian avait été un élève de Keith Lucas, et avant la guerre, alors qu'il était l'assistant de Lucas, ils avaient discuté de la possibilité d'amplifier les courants minuscules dans les nerfs sensoriels et des méthodes sensibles pour les enregistrer. Lucas est mort dans un accident d'avion en 1916, et quand Adrian est revenu à Cambridge après la guerre, il a commencé des expériences sur les lignes précédemment discutées avec Lucas. En 1927, en utilisant un amplificateur à trois ou quatre valves, il avait atteint une amplification de 5000. En faisant varier la tension dans le muscle d'une grenouille, Adrian a montré que le principe du «tout ou rien» s'applique aussi aux nerfs sensoriels. Mais il a rapidement constaté que ses résultats étaient influencés par le fait que même les plus petits nerfs sensoriels reçoivent des impulsions de nombreux organes terminaux. Il était donc nécessaire d'étudier les réactions dans les fibres nerveuses simples.
Les réactions dans une seule fibre nerveuse ont été démontrées pour la première fois en 1926 par Adrian, travaillant à Cambridge avec un collaborateur suédois. Dans un muscle de grenouille, ils ont pu disséquer une bande contenant un seul axe musculaire attaché à une seule fibre nerveuse. Lorsque ce fuseau musculaire a été stimulé en étirant la bande musculaire, ils ont obtenu une série régulière de réponses à des intervalles de 0,03 seconde. Adrian a également constaté que dans tous les organes sensoriels qui donnent une décharge prolongée sous un stimulus constant – comme les fuseaux musculaires et les terminaisons tactiles – le dossier montre une série rythmique d'impulsions, leur fréquence dépendant de la vitesse de développement du stimulus et de son intensité. Dans le cas d'un fuseau musculaire, la fréquence dépend donc de l'étendue et de la rapidité de l'étirement. Le stimulus agit comme un déclencheur pour libérer une influx nerveux. L'activité totale d'une fibre peut être augmentée en augmentant la fréquence des impulsions produites, mais pas en augmentant la force du stimulus. Le message dans une fibre nerveuse ne peut donc être modifié qu'en changeant la fréquence et la durée de la décharge.
Ces expériences ont également montré que les nerfs possèdent le pouvoir d'adaptation. Un courant constant passé à travers un muscle grenouille n'a produit qu'une impulsion, en raison de l'adaptation très rapide du nerf. Mais une tension constante sur un fuseau musculaire, dans lequel l'adaptation est très lente, produit une succession d'impulsions dans la fibre nerveuse.
Adrian s'est ensuite tourné vers la séquence des événements dans les organes finaux sensoriels en général. En 1928, il avait montré que, dans le cas d'une pression sur la peau, la fréquence des impulsions variait avec la vitesse d'augmentation de la pression et diminuait lorsque la pression restait constante. Mais quand un objet touche la peau, il y a à ce moment un élan soudain et rapide d'impulsions, après quoi les impulsions cessent. Dans le cas de la douleur, il était incapable d'obtenir des résultats précis ou de confirmer que la douleur est due à des impulsions dans des fibres de douleur spécifiques. Il semblait possible que la douleur puisse être due à des impulsions très lentes.
Activité des cellules nerveuses
En 1931 Adrian a commencé à étudier les impulsions qui se produisent automatiquement dans le cerveau, par exemple, dans les cellules du centre respiratoire. Dans le cerveau isolé d'un poisson rouge, il a trouvé que les impulsions avaient une fréquence régulière de 20 à 60 par minute, correspondant en fréquence aux mouvements branchiaux d'un poisson intact. Dans une tentative pour réduire le nombre de cellules nerveuses impliquées dans les réactions, il a ensuite étudié l'activité persistante qui se produit dans les parties excisées des ganglions centraux du dendroctone Dytiscus, dans lequel l'activité montre le rythme caractéristique de la respiration chez cet insecte. Il a conclu que l'activité des cellules nerveuses est probablement due à une lente dépolarisation du corps cellulaire ou de ses dendrites. L'état actif dans un groupe de cellules nerveuses implique un changement de surface semblable à celui de la fibre nerveuse, mais, contrairement au changement momentané de la fibre nerveuse, il peut persister pendant de longues périodes et varier en intensité.
C'est pour les recherches décrites jusqu'à présent qu'Adrian partagea le prix Nobel en 1932.
Rythme des centres supérieurs
En 1929, Hans Berger a découvert que si des électrodes étaient appliquées à la tête d'un sujet conscient, une perturbation rythmique ayant une fréquence d'environ 10 par seconde pouvait être enregistrée. Ces ondes – le rythme alpha de Berger – étaient souvent présentes lorsque les yeux étaient fermés mais disparaissaient quand ils étaient ouverts. Le tracé enregistrant les ondes s'appelait un électroencéphalogramme (EEG). Vers 1934, et plus tard, Adrian étudia minutieusement ces ondes et étendit considérablement leur utilité dans des conditions telles que l'épilepsie. Il a montré que le rythme se produit essentiellement chez un sujet inattentif. Si les yeux du sujet, lorsqu'ils sont ouverts, regardent un écran uniforme ou sont couverts par des lunettes qui brouillent la vision, le rythme ne diminue que légèrement. Adrian a constaté que les ondes étaient produites dans une grande partie des régions occipitales et pariétales du cortex. Il a également constaté que, si le sujet regardait un écran éclairé par une lumière scintillant à, disons, 18 scintillements par seconde, le rythme cérébral s'accélérait au rythme du scintillement. En 1934, il montre aussi que le cervelet a un rythme spontané d'ondes de très haute fréquence (150 à 250 par seconde).
Sens spéciaux et représentation corticale
Un chat, lorsqu'il est largué dans n'importe quelle position d'une hauteur, atterrit toujours sur ses pieds en raison des impulsions de position reçues par le noyau vestibulaire dans le cerveau postérieur. Pendant la guerre, Adrian a trouvé que ce noyau réagissait à deux types de réponses différents, et il en étudiait les variations induites par les changements de la position du corps. En 1943, il a étudié les impulsions reçues par le cervelet d'un singe lorsque diverses parties de son corps ont été déplacées passivement, et il a pu définir les différentes zones du cervelet associées respectivement au membre antérieur, le membre postérieur, et la région du visage.
En 1943, Adrian a également étudié les tailles relatives des zones de réception sensorielle du cortex cérébral reliées à différentes parties du corps chez divers animaux. Il a trouvé
que la taille d'une zone dépend de l'importance de l'information reçue. Chez les humains, les doigts, importants dans l'exploration de l'environnement, ont reçu une représentation généreuse. Chez le chat, l'accent est mis sur le membre antérieur, et chez le porc, toute la zone de réception semble être consacrée au museau. En 1946, Adrian a constaté que chez les poneys et les moutons, la surface consacrée aux narines est aussi grande que celle de l'ensemble du reste du corps
.
Les derniers écrits d'Adrian sur la neurophysiologie (1950-1956) traitent du sens olfactif. Les fibres olfactives primaires sont si courtes et minces qu'il n'était pas possible de les enregistrer, mais il a obtenu des enregistrements du bulbe olfactif. L'anesthésie profonde supprimait les décharges spontanées du bulbe olfactif, et on enregistrait ensuite les décharges produites par l'animal en inhalant diverses substances odoriférantes. Chez le chat, il distingue trois types de rejets, associés respectivement à des odeurs éthérées, huileuses et poissonneuses. Il a également obtenu des preuves importantes d'un processus d'adaptation dans les nerfs olfactifs.
Plus tard la vie
En 1951, Adrian se retira de sa chaire et devint maître du Trinity College de Cambridge, poste qu'il occupa jusqu'en 1965. Il fut vice-chancelier de l'Université de Cambridge de 1957 à 1959 et chancelier de 1968. Il fut aussi premier chancelier de l'Université de Leicester. En 1942, il a été nommé à l'Ordre du Mérite, et en 1955 il a été créé 1er Baron Adrian de Cambridge.
Adrian a reçu de nombreux honneurs en plus de son prix Nobel. En 1923, il a été élu membre de la Royal Society. Il fut son conférencier croonien en 1931 et son conférencier Ferrier en 1938; il a reçu sa Médaille Royale en 1934 et sa Médaille Copley – sa plus haute récompense – en 1946. Il a été Ministre des Affaires Etrangères de 1946 à 1950 et président de la Société de 1950 à 1955. En 1924, il a été élu Fellow de le Royal College of Physicians de Londres, et il a reçu plusieurs honneurs dans ce collège. Il a été président de la Royal Society of Medicine en 1960-1962, et il a reçu la médaille d'or de cette société en 1950. De 1962 à 1965, il a été administrateur de l'Institut Rockefeller. Il a été membre honoraire de nombreuses sociétés savantes étrangères et il a reçu des diplômes honorifiques de 33 universités à travers le monde.
Tout au long de sa carrière, Adrian a écrit de nombreux articles scientifiques et publié trois livres, dont chacun marque une étape dans ses recherches: The Basis of Sensation (1928), Le Mécanisme de l'Action Nerveuse (1932), et Le fond physique de la perception (1947).
Le 4 août 1977, Adrian est mort à Londres, en Angleterre. Bien qu'il ait pris sa retraite de Cambridge en 1965, il a continué à vivre au collège presque jusqu'à sa mort. Tout au long de sa vie, Adrian était actif, pratiquant des sports tels que l'escalade, l'escrime, la voile et la bicyclette. Adrian s'intéresse également aux arts et aime particulièrement peindre, méritant même une exposition de 80 de ses œuvres à Cambridge.
Lectures supplémentaires sur Edgar Douglas Adrian
Une courte biographie de Lord Adrian se trouve dans Nobel Lectures, Physiology or Medicine, 1922-1941 (1965). Ce travail contient également sa conférence Nobel, qui résume ses travaux antérieurs, principalement sur les fibres nerveuses simples et les organes terminaux. Il y a une brève discussion sur le travail d'Adrian en général dans C. Singer et E.A. Underwood, A Short History of Medicine (1962); et quelques extraits de ses écrits sont donnés dans E. Clarke et C. D. O'Malley, The Human Brain and Spinal Cord (1968). On peut également se référer à J. F. Fulton, Physiologie du système nerveux (1949). Plus tard, le matériel biographique apparaît dans Scientifiques remarquables du XXe siècle, Volume I (Detroit: Gale, 1995) et Prix Nobel de médecine ou de physiologie (1990), édité par Daniel Fox, Marcia Meldrum , et Ira Rezak.