David H. Hubel

Jeunesse

Les parents de David Hubel, Jesse Hervey Hubel et Elsie Mabel Hunter, déménagent de Detroit au Michigan à Windsor en Ontario, pour l’emploi de son père qui est ingénieur chimiste à la Windsor Salt Company. David Hubel naît à Windsor en 1926. Il est Canadien de naissance et citoyen américain de ses parents. (Voir aussi Citoyenneté canadienne.)

En 1929, la famille de David Hubel déménage à Montréal au Québec. David Hubel s’intéresse aux sciences dès son plus jeune âge et ses passe-temps comprennent la chimie et l’électronique. Sa mère est fascinée par l’électricité, et son père, qui est ingénieur chimiste, offre à David Hubel un ensemble de chimie. David Hubel étudie à l’Académie Strathcona dans le quartier Outremont de Montréal pendant 12 ans. Il se souvient souvent des professeurs exceptionnels qu’il a eus avant d’entrer à l’Université McGill à Montréal.

Éducation et début de carrière

Après avoir obtenu un baccalauréat spécialisé en mathématiques et en physique à l’Université McGill en 1947, David Hubel est admis comme étudiant en médecine à McGill. C’est à cette époque qu’il commence à se passionner pour les recherches sur le cerveau (voir Neuroscience). Au cours de sa deuxième année, il rencontre Wilder Penfield, le fondateur de l’Institut neurologique de Montréal (INM), qui lui suggère de rencontrer Herbert Jasper de l’INM. Au cours de l’été, David Hubel travaille dans le laboratoire de physiologie de Herbert Jasper, où il fait de l’électronique. David Hubel obtient son doctorat en médecine en 1951 et il poursuit sa résidence et son internat en neurologie à l’Hôpital général de Montréal. Il continue également à travailler comme chercheur avec Herbert Jasper, et il apprend à interpréter l’EEG clinique (électroencéphalogramme) que Herbert Jasper utilise pour étudier l’activité électrique du cerveau. Au cours de cette époque, Herbert Jasper confie à David Hubel le thème du système visuel pour sa série de séminaires de neurophysiologie. David Hubel découvre l’article de Steven Kuffler de 1952 sur les neurones de la rétine, ce qui suscite son intérêt pour la question pour le restant de sa vie.

En 1954, David Hubel enseigne la méthodologie de l’EEG à un neurologue invité venant de la Johns Hopkins University et ceci fait en sorte que David Hubel se voit offrir une résidence en neurologie de la part de l’université. Après sa première année, et pour éviter la conscription, il se porte volontaire à l’armée américaine pour être affecté au Walter Reed Army Institute of Research à Washington DC. (Voir aussi Guerre de Corée.) En 1957, il réalise une percée médicale innovante au Walter Reed. David Hubel fabrique une microélectrode en fil de tungstène en l’aiguisant à l’aide d’un courant alternatif dans un bain de nitrite de potassium. Enfin, l’isolation de la microélectrode avec une laque concentrée appelée « Insulex » permet de réaliser avec succès des enregistrements unicellulaires dans le cerveau.

Reconnaissant l’ingéniosité de son ancien élève, Herbert Jasper se rend à Walter Reed pour apprendre à fabriquer de telles microélectrodes. Il utilise ensuite cette technologie pour ses propres expériences, ce qui lui permet lui aussi de réaliser des enregistrements de cellules individuelles dans le cerveau. David Hubel reconnaît la nécessité d’un dispositif d’avancement de microélectrode pour positionner sa microélectrode en tungstène afin d’enregistrer les cellules individuelles. Il suit des cours du soir en usinage pour fabriquer le dispositif d’avancement de microélectrode hydraulique. Ses électrodes en tungstène et son dispositif d’avancement de microélectrode sont déterminants pour ses découvertes ultérieures.

Découvertes clés

En 1957, David Hubel commence à étudier le cortex visuel du cerveau à Walter Reed en enregistrant des cellules individuelles. Après avoir éteint et rallumé les lumières, il remarque que plusieurs cellules différentes réagissent à des stimuli lumineux, ce qui confirme les travaux d’autres chercheurs. Grâce à sa microélectrode, il découvre qu’une cellule jusque-là sans réaction réagit préférentiellement aux stimuli visuels de mouvement (comme un geste de la main).

Un autre scientifique se rend à Walter Reed pour apprendre à fabriquer les microélectrodes en tungstène de David Hubel. Ce dernier est Torsten Wiesel, du laboratoire de Stephen Kufflers au Johns Hopkins Wilmer Eye Institute. À l’invitation de Vernon Mountcastle, David Hubel retourne à Johns Hopkins en 1958 pour poursuivre une bourse postdoctorale. Cependant, un heureux hasard oriente sa carrière vers Stephen Kuffler, qui est souvent considéré comme le « père des neurosciences modernes ». C’est dans le laboratoire de Stephen Kuffler que David Hubel commence sa collaboration formelle avec Torsten Wiesel.

En 1959, David Hubel et Torsten Wiesel découvrent trois cellules réceptrices voisines dotées de champs récepteurs parallèles qui répondent de telle manière que cela implique que le cortex visuel dans son ensemble est organisé en colonnes. Ils découvrent des cellules spécialisées dans la réponse aux lignes droites et aux différentes orientations de ces lignes.

Avec le laboratoire de Stephen Kuffler, David Hubel et Torsten Wiesel déménagent à l’Université Harvard en 1959 où ils deviennent plus tard membres fondateurs du département de neurobiologie. À Harvard, David Hubel et Torsten Wiesel poursuivent leurs recherches collaboratives.

Dans leur article de référence de 1962 intitulé « Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex », ils déduisent une organisation en colonnes de ces cellules appelée colonnes d’orientation. De plus, ils découvrent que les colonnes d’orientation sont organisées de manière à ce que les cellules répondant à l’œil droit soient adjacentes à celles de l’œil gauche. C’est ce qu’on appelle des colonnes de dominance oculaire. Les signaux sont combinés dans des cellules binoculaires pour donner une profondeur stéréoscopique. En utilisant des électrodes pour créer des lésions anatomiquement précises, ils arrivent à cartographier l’emplacement des cellules réactives qu’ils avaient découvertes dans le cortex visuel.

Leurs recherches ultérieures sur des chatons nouveau-nés révèlent que la privation sensorielle d’un œil entraîne un déclin marqué des neurones de la colonne de dominance oculaire associés dans le cortex visuel primaire et qui est irréversible même après ouverture de l’œil. Les neurones du cortex visuel de l’œil fermé n’ont pas été perdus, mais ils ont plutôt déplacé leurs réponses vers la colonne de dominance oculaire pour l’œil ouvert. Ceci incite les médecins à assurer un traitement précoce après la naissance pour des conditions similaires, comme le traitement précoce des cataractes dans les yeux des nouveau-nés.

Ces découvertes sont à l’origine de l’intérêt commun de David Hubel et de Torsten Wiesel pour le système visuel, et elles culminent avec l’obtention du prix Nobel de physiologie ou médecine en 1981. (Voir aussi Les prix Nobel et le Canada.)

Faits saillants de carrière et legs

Le succès de David Hubel est attribué à son inventivité mécanique et à sa persévérance. L’innovation de David Hubel, la microélectrode en tungstène, permet l’enregistrement de neurone à l’échelle unicellulaire. Il s’agit d’une avancée majeure par rapport à l’utilisation de pipettes en verre. L’innovation de la microélectrode hydraulique comprend un moyen de sceller l’avancée de l’électrode au cortex pour un enregistrement stable.

David Hubel reste à Harvard jusqu’à la fin de sa carrière. Après avoir officiellement pris sa retraite, il continue à enseigner et à encourager les étudiants à être pragmatiques.

Le saviez-vous?
Selon Eric Kandel, un autre lauréat du prix Nobel de physiologie ou médecine, l’ensemble des travaux de David Hubel et de Torsten Wiesel « constitue l’une des plus grandes réalisations biologiques du 20^e siècle. » — The New York Times, 2013.

Avec son épouse Ruth, David Hubel crée des bourses de recherche en sciences de premier cycle à l’Université Dalhousie, au Wellesley College et à l’Université de Windsor. David Hubel est enterré au cimetière Mont-Royal à Montréal.

Vie personnelle

David Hubel est un passionné de musique, un intérêt qui se développe avec des cours de piano avant même qu’il sache lire. Sa passion pour la musique s’étend à sa participation à une chorale de l’Université McGill où il rencontre sa future femme, Ruth Izzard. Dans sa biographie pour le prix Nobel, David Hubel indique que son intérêt pour la musique comprend le piano, la flûte à bec et la flûte traversière. Sa biographie note également qu’il aime travailler le bois, qu’il aime également l’astronomie, le ski, le tennis, le squash et l’apprentissage de différentes langues.

Prix et distinctions

En plus de remporter de nombreux prix prestigieux, David Hubel reçoit également treize diplômes honorifiques.

• Membre, American Academy of Arts and Sciences (1965)
• Membre, Académie nationale des sciences (1971)
• Prix Inaugural Rosenstiel, Université Brandeis (1971)
• Prix Karl Spencer Lashley, American Philosophical Society(1977)
• Prix Louisa Gross Horwitz, Université Columbia (1978)
• Prix de médecine Dickson, Universit de Pittsburgh (1980)
• Prix Nobel Nobel de physiologie ou médecine, Nobel Assembly at Karolinska Institute (1981)
• Membre étranger, Société royale de Grande-Bretagne (1982)
• Membre, American Philosophical Society (1982)
• Prix Ralph W. Gerard en neuroscience, Society for Neuroscience (1993)
• Intronisé, Temple de la renommée médicale canadienne (2006)

Termes clés : David H. Hubel

Cortex visuel : région postérieure du cerveau qui reçoit, intègre et traite les informations visuelles de nos rétines. Les informations visuelles sont intégrées et envoyées à d’autres régions du cerveau pour une reconnaissance rapide des objets et des motifs sans effort conscient.

Champ récepteur visuel : région de l’œil qui, lorsque stimulée, évoque une réponse sensorielle dans un neurone.

Cataractes chez les enfants : les cataractes des deux yeux peuvent être responsables de 5 % à 20 % des cas de cécité infantile dans le monde. Grâce aux recherches fondamentales de David Hubel et de Torsten Wiesel, les chirurgiens procèdent désormais à l’ablation des cataractes chez les nouveau-nés et les jeunes enfants, ce qui permet d’obtenir de bons résultats visuels. Autrement, ces cataractes mèneraient à la cécité.

Microélectrode : très petite électrode qui peut être insérée dans un tissu vivant. Les microélectrodes peuvent être utilisées pour enregistrer l’activité électrique du cerveau ou d’une seule cellule.

EEG (électroencéphalogramme) : méthode utilisée pour enregistrer l’activité électrique du cerveau à l’aide d’électrodes fixées au cuir chevelu.