C'est la révolution scientifique de ces dernières années: les chercheurs multiplient les découvertes sur l'infinie complexité de notre matière grise. Loin d'être une mécanique figée, elle se transforme et se régénère en permanence. Jusqu'où peut-on modifier nos neurones?
L'humanité est parvenue à identifier des galaxies situées à des années-lumière d'ici, à étudier des particules plus petites qu'un atome, mais nous n'avons toujours pas élucidé le mystère de ce kilo et demi de matière qui se trouve entre nos deux oreilles." Ainsi parlait Barack Obama lors du lancement de Brain ("cerveau", en anglais), en avril 2013, le programme scientifique le plus ambitieux de son second mandat.
Les Américains ne sont pas les seuls à partir à l'assaut de cette "terra incognita". Le Japon (Brain/MINDS) et surtout l'Europe (Human Brain Project) ont engagé des projets colossaux (1,2 milliard d'euros pour ce dernier) sur une décennie pour comprendre le cerveau, le cartographier et le stimuler par ordinateur. Jamais le monde de la recherche n'avait été si uni dans un même élan.
"Le XIXe siècle fut celui de la chimie, le XXe a établi les grandes lois de la physique puis a permis la révolution génétique et le XXIe sera celui des neurosciences", pronostique Pierre-Marie Lledo, directeur de recherche au CNRS et patron de l'unité Perception et mémoire de l'Institut Pasteur.
Pas un jour sans une nouvelle avancée prouvant l'incroyable sophistication du cerveau. "Plus la recherche progresse, et moins l'encéphale apparaît comme une mécanique figée, s'enthousiasme le journaliste Patrice Van Eersel, auteur d'un ouvrage sur le sujet (1). Il est mille fois plus complexe que tout ce que l'on pouvait imaginer."
Wikimedia Commons
Première représentation des neurones par Santiago Ramon y Cajal (1852-1934).
Si incroyable que cela puisse paraître, ce petit "kilo et demi de matière" dont parlait Barack Obama nous est longtemps resté quasi inaccessible. Question de bon sens : pour l'explorer, il fallait... l'ouvrir. Or une telle prouesse ne s'effectuait que post mortem. A la fin du XIXe siècle, les anatomistes avaient donc la main, tel le Français Paul Broca puis l'Allemand Carl Wernicke, qui conclurent à l'existence d'aires corticales précises affectées au langage et à la compréhension.
Cette vision "localiste" a prévalu pendant un siècle. Elle n'est, du reste, pas fausse : l'hippocampe joue un rôle majeur dans la mémoire spatiale; nos réflexes dépendent de la moelle épinière et de notre bulbe rachidien ; l'amygdale se trouve impliquée dans les émotions, tandis que les lobes occipitaux et temporaux traitent les informations visuelles et auditives. Enfin, le cortex cérébral - cette enveloppe aux allures de tissu plissé, repliée à l'intérieur du crâne, qui couvrirait une surface de 1,6 mètre carré mise à plat - abrite notre imagination et notre intelligence créative.
Cette déclinaison par aires, trop simpliste, a été renforcée par une autre grande découverte neuroscientifique de l'Espagnol Santiago Ramon y Cajal, Prix Nobel de médecine en 1906 : l'existence des neurones et la structure du système nerveux. "De là est né un dogme que l'on a longtemps cru intangible, explique le neurologue Bernard Mazoyer, à la tête du groupe d'imagerie neurofonctionnelle (université de Bordeaux/CNRS). Le cerveau s'apparentait à une superbe machine, avec des zones parfaitement câblées entre elles. Une fois arrivé à maturité, on ne pouvait plus y toucher et, si l'une de ses parties était détruite, il n'y avait plus rien à faire."
Les progrès de l'informatique et de l'imagerie cérébrale ont eu raison de cette théorie. Depuis un demi-siècle, des technologies non invasives ont révolutionné les neurosciences. Aux yeux du grand public, elles se résument à des sigles barbares : IRM ou IRMf pour l'imagerie par résonance magnétique (la plus courante), EEG pour l'électroencéphalographie (la plus ancienne), TEP pour la tomographie par émission de positrons (la moins utilisée).
Jean-Paul Guilloteau/L'Express
Dans le cadre d'une étude internationale, les scientifiques du centre NeuroSpin font passer une IRM à un patient afin d'analyser le vieillissement de son cerveau.
Toutes permettent de labourer un domaine en pleine expansion, dont les avancées ne laissent plus de doute sur la complexité du cerveau. L'individu possède, en effet, 86 milliards de neurones, dotés chacun de 1000 à 10000 connexions synaptiques, et entourés de 100 milliards de cellules gliales au rôle encore flou, mais favorisant les échanges chimiques et électriques grâce à environ 5000 sortes de molécules...
"A la naissance, tout est précâblé"
Une machinerie vertigineuse, agencée très tôt. "Durant les derniers mois de la grossesse, les neurones se mettent en place pour former le cortex, explique Lucie Hertz-Pannier, pédiatre et neurologue au centre NeuroSpin du CEA (Saclay). A la naissance, tout est précâblé."
S'ensuit un bouillonnement synaptique, qui permet au bébé d'entrer en contact avec le monde extérieur. A 2 ou 3 ans, l'enfant a intégré la langue maternelle - vocabulaire, syntaxe, accent. Il peut même en assimiler une deuxième jusqu'à l'âge de 6 ou 7 ans. Cet enrichissement se poursuit jusqu'à la fin de la puberté. Par la suite, notre plasticité cérébrale décline - nous perdons un neurone par seconde -mais ne nous empêche pas de continuer à apprendre.
Au cours de l'existence, notre matière grise se transforme pour répondre aux besoins de l'organisme. Et ce dans de si surprenantes proportions que des zones corticales peuvent se développer plus que d'autres. Tel est le cas de certains professionnels, comme les musiciens (allongement du corps calleux) ou - plus étonnant - les chauffeurs de taxi, ainsi que l'a révélé une étude de l'University College London (UCL). Les chercheurs ont observé 20 000 conducteurs de "black cab" et constaté qu'ils possédaient un hippocampe - région où s'active la mémoire spatiale - 30% plus développé que la moyenne. L'explication ? Pour obtenir leur licence, ces chauffeurs doivent mémoriser les 25000 rues de la capitale britannique.
Preuve de notre élasticité neuronale, une aire peut être remplacée par une autre - le toucher à la place de la vue chez les aveugles, par exemple - et le cerveau, se réorganiser totalement à la suite d'un AVC ou d'une maladie grave. C'est l'aventure vécue par la petite Américaine Cameron Mott, victime du syndrome de Rasmussen, qui connaît aujourd'hui une existence presque normale après avoir été amputée d'un hémisphère.
"Du fait de l'étendue de sa plasticité, le cerveau se réagence en permanence, explique Christian Marendaz (2), du laboratoire de psychologie et neurocognition (université de Grenoble/ CNRS). C'est une jungle grouillante où les cellules colonisent le moindre espace vacant."
La régénérescence de nos neurones
Mais les scientifiques n'ont pas fini de s'émerveiller. Au tournant du XXIe siècle, une découverte majeure a changé le cours de la médecine moderne : notre stock de neurones se reconstitue tout au long de la vie grâce à deux "fontaines de jouvence" clairement identifiées - l'hippocampe et le bulbe olfactif. A la pointe de ces travaux, l'équipe française de l'Institut Pasteur, dirigée par Pierre-Marie Lledo. "Nous avons montré que ces nouvelles cellules s'intégraient dans le réseau neuronal et migraient, grâce à une molécule - la ténascine - agissant comme un aimant vers les zones qui en ont besoin."
Cette régénérescence ouvre la perspective d'une médecine réparatrice capable de soigner les maladies neurodégénératives : Alzheimer, Parkinson, l'épilepsie, ou encore la sclérose en plaques. "Attention à ne pas donner trop d'espoir trop vite, prévient Hervé Chneiweiss, président du comité d'éthique de l'Inserm. Aujourd'hui, les neurobiologistes savent diriger ces nouvelles cellules mais n'ont pas réussi à les connecter avec les plus anciennes."
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L'humanité est parvenue à identifier des galaxies situées à des années-lumière d'ici, à étudier des particules plus petites qu'un atome, mais nous n'avons toujours pas élucidé le mystère de ce kilo et demi de matière qui se trouve entre nos deux oreilles." Ainsi parlait Barack Obama lors du lancement de Brain ("cerveau", en anglais), en avril 2013, le programme scientifique le plus ambitieux de son second mandat.
Les Américains ne sont pas les seuls à partir à l'assaut de cette "terra incognita". Le Japon (Brain/MINDS) et surtout l'Europe (Human Brain Project) ont engagé des projets colossaux (1,2 milliard d'euros pour ce dernier) sur une décennie pour comprendre le cerveau, le cartographier et le stimuler par ordinateur. Jamais le monde de la recherche n'avait été si uni dans un même élan.
"Le XIXe siècle fut celui de la chimie, le XXe a établi les grandes lois de la physique puis a permis la révolution génétique et le XXIe sera celui des neurosciences", pronostique Pierre-Marie Lledo, directeur de recherche au CNRS et patron de l'unité Perception et mémoire de l'Institut Pasteur.
Pas un jour sans une nouvelle avancée prouvant l'incroyable sophistication du cerveau. "Plus la recherche progresse, et moins l'encéphale apparaît comme une mécanique figée, s'enthousiasme le journaliste Patrice Van Eersel, auteur d'un ouvrage sur le sujet (1). Il est mille fois plus complexe que tout ce que l'on pouvait imaginer."
Wikimedia Commons
Première représentation des neurones par Santiago Ramon y Cajal (1852-1934).
Si incroyable que cela puisse paraître, ce petit "kilo et demi de matière" dont parlait Barack Obama nous est longtemps resté quasi inaccessible. Question de bon sens : pour l'explorer, il fallait... l'ouvrir. Or une telle prouesse ne s'effectuait que post mortem. A la fin du XIXe siècle, les anatomistes avaient donc la main, tel le Français Paul Broca puis l'Allemand Carl Wernicke, qui conclurent à l'existence d'aires corticales précises affectées au langage et à la compréhension.
Cette vision "localiste" a prévalu pendant un siècle. Elle n'est, du reste, pas fausse : l'hippocampe joue un rôle majeur dans la mémoire spatiale; nos réflexes dépendent de la moelle épinière et de notre bulbe rachidien ; l'amygdale se trouve impliquée dans les émotions, tandis que les lobes occipitaux et temporaux traitent les informations visuelles et auditives. Enfin, le cortex cérébral - cette enveloppe aux allures de tissu plissé, repliée à l'intérieur du crâne, qui couvrirait une surface de 1,6 mètre carré mise à plat - abrite notre imagination et notre intelligence créative.
Cette déclinaison par aires, trop simpliste, a été renforcée par une autre grande découverte neuroscientifique de l'Espagnol Santiago Ramon y Cajal, Prix Nobel de médecine en 1906 : l'existence des neurones et la structure du système nerveux. "De là est né un dogme que l'on a longtemps cru intangible, explique le neurologue Bernard Mazoyer, à la tête du groupe d'imagerie neurofonctionnelle (université de Bordeaux/CNRS). Le cerveau s'apparentait à une superbe machine, avec des zones parfaitement câblées entre elles. Une fois arrivé à maturité, on ne pouvait plus y toucher et, si l'une de ses parties était détruite, il n'y avait plus rien à faire."
Les progrès de l'informatique et de l'imagerie cérébrale ont eu raison de cette théorie. Depuis un demi-siècle, des technologies non invasives ont révolutionné les neurosciences. Aux yeux du grand public, elles se résument à des sigles barbares : IRM ou IRMf pour l'imagerie par résonance magnétique (la plus courante), EEG pour l'électroencéphalographie (la plus ancienne), TEP pour la tomographie par émission de positrons (la moins utilisée).
Jean-Paul Guilloteau/L'Express
Dans le cadre d'une étude internationale, les scientifiques du centre NeuroSpin font passer une IRM à un patient afin d'analyser le vieillissement de son cerveau.
Toutes permettent de labourer un domaine en pleine expansion, dont les avancées ne laissent plus de doute sur la complexité du cerveau. L'individu possède, en effet, 86 milliards de neurones, dotés chacun de 1000 à 10000 connexions synaptiques, et entourés de 100 milliards de cellules gliales au rôle encore flou, mais favorisant les échanges chimiques et électriques grâce à environ 5000 sortes de molécules...
"A la naissance, tout est précâblé"
Une machinerie vertigineuse, agencée très tôt. "Durant les derniers mois de la grossesse, les neurones se mettent en place pour former le cortex, explique Lucie Hertz-Pannier, pédiatre et neurologue au centre NeuroSpin du CEA (Saclay). A la naissance, tout est précâblé."
S'ensuit un bouillonnement synaptique, qui permet au bébé d'entrer en contact avec le monde extérieur. A 2 ou 3 ans, l'enfant a intégré la langue maternelle - vocabulaire, syntaxe, accent. Il peut même en assimiler une deuxième jusqu'à l'âge de 6 ou 7 ans. Cet enrichissement se poursuit jusqu'à la fin de la puberté. Par la suite, notre plasticité cérébrale décline - nous perdons un neurone par seconde -mais ne nous empêche pas de continuer à apprendre.
Au cours de l'existence, notre matière grise se transforme pour répondre aux besoins de l'organisme. Et ce dans de si surprenantes proportions que des zones corticales peuvent se développer plus que d'autres. Tel est le cas de certains professionnels, comme les musiciens (allongement du corps calleux) ou - plus étonnant - les chauffeurs de taxi, ainsi que l'a révélé une étude de l'University College London (UCL). Les chercheurs ont observé 20 000 conducteurs de "black cab" et constaté qu'ils possédaient un hippocampe - région où s'active la mémoire spatiale - 30% plus développé que la moyenne. L'explication ? Pour obtenir leur licence, ces chauffeurs doivent mémoriser les 25000 rues de la capitale britannique.
Preuve de notre élasticité neuronale, une aire peut être remplacée par une autre - le toucher à la place de la vue chez les aveugles, par exemple - et le cerveau, se réorganiser totalement à la suite d'un AVC ou d'une maladie grave. C'est l'aventure vécue par la petite Américaine Cameron Mott, victime du syndrome de Rasmussen, qui connaît aujourd'hui une existence presque normale après avoir été amputée d'un hémisphère.
"Du fait de l'étendue de sa plasticité, le cerveau se réagence en permanence, explique Christian Marendaz (2), du laboratoire de psychologie et neurocognition (université de Grenoble/ CNRS). C'est une jungle grouillante où les cellules colonisent le moindre espace vacant."
La régénérescence de nos neurones
Mais les scientifiques n'ont pas fini de s'émerveiller. Au tournant du XXIe siècle, une découverte majeure a changé le cours de la médecine moderne : notre stock de neurones se reconstitue tout au long de la vie grâce à deux "fontaines de jouvence" clairement identifiées - l'hippocampe et le bulbe olfactif. A la pointe de ces travaux, l'équipe française de l'Institut Pasteur, dirigée par Pierre-Marie Lledo. "Nous avons montré que ces nouvelles cellules s'intégraient dans le réseau neuronal et migraient, grâce à une molécule - la ténascine - agissant comme un aimant vers les zones qui en ont besoin."
Cette régénérescence ouvre la perspective d'une médecine réparatrice capable de soigner les maladies neurodégénératives : Alzheimer, Parkinson, l'épilepsie, ou encore la sclérose en plaques. "Attention à ne pas donner trop d'espoir trop vite, prévient Hervé Chneiweiss, président du comité d'éthique de l'Inserm. Aujourd'hui, les neurobiologistes savent diriger ces nouvelles cellules mais n'ont pas réussi à les connecter avec les plus anciennes."
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