Cent milliards de neurones, cent mille milliards de connexions entre ces cellules nerveuses.Dans cet inextricable écheveau de cellules, comment fonctionne le cerveau?
Le XXIe siècle sera celui du cerveau, entend-on dire. Mais comment étudier le fonctionnement d’un organe si complexe, si unique, si spécifiquement humain avec toute sa dimension psychologique? Car s’il pilote notre vie végétative (respiration, circulation, digestion), notre cerveau est également le siège de nos pensées et actes – conscients et inconscients –, de notre mémoire, de nos rêves, de nos relations sociales, de nos sentiments, de notre âme, pensent certains.
Le connaît-on mieux? Voici cinq domaines dans lesquels les neuroscientifiques ont permis récemment des progrès de la connaissance.
Le cerveau est une immense toile d’araignée dont les branchements évoluent au cours du temps. Anatomiquement parlant, on pensait autrefois que le cerveau était câblé de façon standardisée et définitive et qu’il fonctionnait selon des programmes automatiques, prédéterminés. On supposait également que le cerveau était découpé en grandes zones jouant un rôle précis et immuable, par exemple dans le langage, la mémoire, voire la bêtise ou la brutalité comme le prétendait la phrénologie en 1890. Depuis les années 1980, on sait que c’est bien différent. Le cerveau est capable d’évoluer au cours du temps, en fonction de l’âge, d’expériences vécues, de certains accidents comme la perte d’un membre ou de la vue. Ce que Jean-Pierre Changeux et d’autres neurobiologistes ont appelé la «plasticité neuronale» ou synaptique, une synapse étant une connexion entre deux neurones. Aujourd’hui, on considère que le cerveau est constitué de «réseaux de neurones», et que la plasticité synaptique est à l’origine de l’apprentissage et de la mémoire. À chaque fois que l’on apprend et mémorise quelque chose, un ou plusieurs réseaux sont activés et le passage de l’influx nerveux «renforce» ce réseau.
Le cerveau est un organe fonctionnant en continu. Ou presque. C’est ce qu’a montré, dans les années 2010, une équipe de neurobiologistes de l’université Washington (Saint-Louis du Missouri). Contrairement à ce qui se passe pour la plupart des autres organes de notre corps qui, comme le cœur, fonctionnent au ralenti durant le sommeil ou une anesthésie, le cerveau, lui, n’est jamais au repos et se maintient toujours à un niveau d’activité correspondant à 60 à 80% de l’énergie totale qu’il utilise. Nos aires cérébrales continuent de communiquer et de discuter entre elles, comme l’ont montré des mesures de la consommation en oxygène. On pense que cet état d’activité élevé sert à organiser les souvenirs et à anticiper sur le futur, notre système moteur étant alors prêt à réagir au quart de tour ! Tout récemment, Sid Kouider et son équipe du Laboratoire des sciences cognitives (CNRS-EHESS-ENS) ont démontré que, même endormi, le cerveau continue à percevoir des mots, à en comprendre le sens et à les classer !
Le cerveau est doté de cellules-souches. On pensait que les neurones apparaissaient au cours du développement embryonnaire et que leur nombre s’amenuisait ensuite au cours de la vieillesse, sans aucune possibilité de régénération. Ce dogme s’est effondré dans les années 1980 avec la découverte par une équipe de l’université Rockefeller (New York) de l’existence de cellules-souches dans le centre vocal du cerveau du canari au printemps, un renouvellement de neurones qui est associé à une modification du chant au moment précis de la période de reproduction. Depuis, Pierre-Marie Lledo de l’Institut Pasteur a identifié, par optogénétique (voir ci-contre), des cellules-souches adultes dans le bulbe olfactif des rongeurs, tandis qu’on en a trouvé chez l’homme dans deux régions : la bordure des ventricules cérébraux (cavité centrale de l’encéphale) et dans l’hippocampe (structure du lobe temporal médian, ayant la forme du cheval de mer). On pense que, dans cette dernière zone, les néo-neurones participent à l’acquisition de la mémoire. Il semble également que la naissance de nouveaux neurones (neurogenèse) soit perturbée dans des maladies comme l’épilepsie, Alzheimer ou un AVC. Les chercheurs estiment que des cellules-souches se cachent encore, sous forme dormante, dans d’autres régions. Enfin, de récents travaux suggèrent que l’environnement fœtal, notamment le taux de certaines hormones maternelles, exerce uneinfluence considérable sur la maturation des circuits neuronaux.