Leon Glass est un curieux personnage: chimiste et physicien de formation, il applique des mathématiques avancées pour mettre en équation les anomalies cardiaques.

Ce savant dirige la Chaire de cardiologie Isadore-Rosenfeld de l'université McGill, où il enseigne notamment le cours Biologie 309 sur les modèles mathématiques de la biologie. Il est également l'auteur de plusieurs ouvrages remarquables, dont From Clocks to Chaos: The Rythms of Life, qui a été traduit en russe, en chinois et en portugais.

Par conséquent, ce savant jouit d'une renommée mondiale en tant que chercheur pluridisciplinaire grâce à ses contributions inédites dans les domaines de la chimie physique, des mathématiques non linéaires, de la biologie théorique, de la physiologie et de la cardiologie. Mais quel rapport entre ces disciplines? Tout bonnement la curiosité poussée d'un esprit scientifique.

Des mathématiques de la perception du cerveau...

«Quand j'avais une douzaine d'années, je me passionnais pour la biologie, se rappelle ce chercheur d'origine américaine qui a adopté Montréal il y a une trentaine d'années. J'observais beaucoup mes poissons tropicaux. Plus tard, au collège, j'ai entrepris une formation en médecine mais j'ai vite réalisé que je n'aimais pas mémoriser les notions de biologie. J'aimais plutôt les problèmes mathématiques et résoudre des équations. J'ai donc fait des études en chimie, mais toujours avec la pensée de mener un jour des recherches en biologie.»

M. Glass a par conséquent réalisé un parcours scientifique étonnant. Il a d'abord obtenu un baccalauréat en chimie au Brooklyn College de New York, avec félicitations du jury. Il a ensuite complété des études de doctorat sur la théorie du mouvement atomique à l'université de Chicago, avant de réaliser des études post-doctorales sur l'intelligence artificielle à l'université d'Édimbourg et sur la biologie théorique à l'université de Chicago. Il a été nommé professeur adjoint au département de physique et d'astronomie de l'université de Rochester, avant d'entrer au département de physiologie de l'université McGill en 1975. Tout récemment, en 2001, il a été nommé premier titulaire de la Chaire Isadore-Rosenfeld de cardiologie.

En tant que chercheur, Leon Glass a fait de nombreuses découvertes fondamentales dans divers domaines. En général, il associe des données sur les systèmes biologiques à des modèles mathématiques pour en tirer des principes fondamentaux. Ainsi, ses premiers travaux portaient sur la façon dont le cerveau traite les entrées visuelles. Il a créé des formes qu'on appelle désormais les «Glass patterns» qui ont fait la une de la couverture du prestigieux magazine scientifique Nature en 1973. Il présentait de la sorte une percée très en avance sur son temps en appliquant des équations différentielles non linéaires pour illustrer la structure logique des réseaux génétiques.

«La question [que permettent d'aborder les "patrons de Glass"] est: quels sont les processus du cerveau, explique le chercheur. En fait, personne ne connaît les processus du cerveau avec beaucoup de détails, et on peut utiliser ces patrons pour faire une dissection de l'activité des neurones, pour voir quels sont les stimuli qui peuvent générer l'activité nerveuse dans chaque cellule...» Ces dernières années, divers spécialistes utilisent ces patrons pour étudier notamment les mécanismes de la vision.

... aux rythmes cachés de l'arythmie cardiaque

«Dans mes recherches, j'applique les mathématiques dans le domaine de la physiologie», précise le chercheur. Depuis son arrivée à McGill, Leon Glass s'emploie d'ailleurs à jeter des ponts entre les mathématiques avancées (applicables au chaos) et les réalités concrètes de la médecine. «J'ai toujours été intéressé par la dynamique des systèmes, dit-il, par les changements des systèmes dans le temps.»

Dans le domaine de la biologie, il observe d'ailleurs quantité de rythmes fort intéressants mais qui ne sont pas compris par les médecins. «Alors que ces derniers s'intéressent avant tout au diagnostic et au traitement des maladies, je me passionne pour la théorie, pour la compréhension des mécanismes des rythmes.» Il est d'ailleurs l'auteur de Dynamical Diseases: Mathematical Analysis of Human Illness, qui est devenu un manuel courant du cursus universitaire.

Par exemple, il cherche à percer les mécanismes fondamentaux des dérèglements cardiaques comme l'arythmie. «Ce qui m'intéresse le plus, ce sont les rythmes du coeur quand il y a une maladie, dit-il, ces rythmes qui sont... arythmiques.» Or, étonnamment, le spécialiste observe que, dans les faits, il y a beaucoup de structures dans ces arythmies. «On peut avoir des rythmes qui sont très bizarres du point du point de vue de la médecine, mais qui s'expliquent très bien par nos mathématiques», dit-il.

Ainsi, il a observé que, lorsqu'on compte les séries de battements normaux et anormaux d'un coeur arythmique, on trouve de temps à autre des propriétés pour le moins bizarres. Il arrive par exemple qu'on obtienne des séries de battements impairs. «C'est très curieux!», lance le chercheur en citant plusieurs autres cas de séries encore plus inattendues. «Or, nous pouvons développer des modèles mathématiques qui expliquent les mécanismes qui peuvent donner de tels résultats.» Ses équations permettent donc d'interpréter mathématiquement différents types d'arythmie.

Notons que Leon Glass et ses collaborateurs réalisent par ailleurs quantité de travaux variés. Par exemple, en 1997, son équipe publiait les résultats d'une expérience durant laquelle on est parvenu à supprimer, pour la première fois, une arythmie cardiaque provoquée artificiellement dans les cellules d'un coeur de lapin. Cet exploit a été réalisé à l'aide d'un stimulateur cardiaque modifié qui pourrait éventuellement être commercialisé pour sauver des vies.

Le chercheur se dit particulièrement heureux d'être honoré par l'Acfas «parce que cela indique que le Québec et Montréal m'ont adopté!».Il souligne que, lorsqu'il est venu s'installer ici, il était très rare (n'importe où dans le monde) qu'on finance des recherches portant sur les mathématiques et la biologie. «Il était difficile de trouver du travail, se rappelle-t-il, mais j'en ai trouvé au Québec! On m'a donné des fonds, les institutions québécoises et canadiennes ont soutenu mes recherches... qui n'étaient pourtant pas "main stream". Je ne suis pas né ici, mais j'ai trouvé que vous avez été très bon pour moi et pour mes recherches.»