2 - Le cerveau

Introduction

Le cerveau est un organe de traitement de l’information, il reçoit des données de l’extérieur grâce aux capteurs sensoriels liés aux synapses, eux-mêmes reliés aux neurones qui exercent les commandes. On pense également que toutes les fonctions mentales, telles que l’amour ou le sommeil, ont un support neuronal (conception matérialiste).

I - Historique

1. Anatomie

Au XVIIIème siècle, les médecins tels Gallen, pensaient qu’il existait des conduits partant du cerveau et allant vers l’ensemble du corps afin d’évacuer des liquides. Fin XIXème siècle, des conceptions s’opposent : pour Golgi, les neurones sont un réseau labyrinthique continu, alors que selon Ramon y Cajal, il existe une contiguïté neuronale et non une continuité, ils évoquèrent donc, pour la première fois, l’idée de la synapse.

2. Embryologie

Galvani découvrit que les cellules du muscle peuvent transporter de l’électricité. Müller, Helmholtz & Reymond sont les premiers à considérer que cette électricité permet le transport d’un signal d’un neurone à un autre, grâce à leur travail sur les cultures de cellules. Enfin, Rita Levi Montacini découvrit le Nerve Growth Factor (NGF), le facteur de croissance des neurones.

3. Pharmacologie

C. Bernard mit en évidence la capacité de certaines substances à se fixer sur les récepteurs de cellule. Par la suite, ce mécanisme est devenu le cœur de la neurochimie, qui étudie donc les éléments passant par les synapses, c'est-à-dire les neuromédiateurs.

4. Psychologie

L’ensemble des avancées apportées par la psychologie en matière de neurosciences est à étudier dans le livre ‘L’homme neuronal’ de JP Changeux.

5. Deux conceptions opposées

Elles furent élaborées au travers de la combinaison de l’ensemble de ces cinq disciplines. La première, représentée par Gall, estime qu’une fonction mentale dépend d’une unique structure spécifique. La seconde, portée par Flourens, défend l’idée qu’une fonction mentale est distribuée de manière homogène dans tout le cortex.

La conception moderne définit toute fonction mentale comme dépendante de la coordination entre les neurones et d’une interconnexion entre les structures cérébrales.

II - La plasticité neuronale

1. Définition

Elle fut découverte par Bach et Rita qui mirent en évidence la capacité des neurones à se régénérer.

La plasticité neuronale nécessite deux conditions, la première renvoie à la nécessité d’un facteur de croissance (NGF) afin de permettre l’adaptation structurale, la seconde porte sur l’adaptation fonctionnelle et nécessite donc la fonctionnalité du neurone qui se régénère.

2. Exemple de plasticité neuronale

Bach y Rita travaillèrent auprès des aveugles auxquels ils placèrent deux plaques dans le dos et portant de petites pointes côté peau. Ces plaques étaient reliées à des caméras qui transmettaient donc des informations visuelles sous la forme de données tactiles répercutées sur la peau des sujets.

Après quelques temps, Bach y Rita purent vérifier que des circuits neuronaux normalement utilisés chez les voyants pour transporter les informations visuelles, avaient été créés afin de traiter les données transmises par les caméras.

3. Plasticité et fonction mentale

Nous avons vu que deux conceptions s’affrontaient vis-à-vis des fonctions mentales, à savoir celles portées par Gall et par Florenz. Or, du fait de l’existence de la plasticité neuronale, aucune réponse ne put être apportée au débat : il est impossible de constater qu’une fonction disparaît à la suite de la lésion d’un neurone, puisque le phénomène de plasticité permettra à un autre neurone de venir le remplacer.

C’est notamment le cas dans la maladie de Parkinson. Il s’agit d’une maladie neuro-dégénérative : les neurones contenant la dopamine sont détruits, provoquant un déficit moteur et psychique important. Or, on sait que la maladie survient lorsque 80% des neurones ont déjà disparu : jusqu’à ce niveau, les autres neurones s’adaptent afin d’assurer la régulation des fonctions sensorimotrices. Il n’est donc pas possible de savoir quelle fonction est reliée à quel neurone.

III - Le cortex cérébral et ses principales implications fonctionnelles

1. Définition générale des fonctions corticales

Le lobe frontal :
Il est responsable de la coordination musculaire, des mouvements rythmiques de la tête et du cou, comme la mastication, le léchage et la déglutition. Il contient également les centres de la pensée plus évolués, c'est-à-dire la mémoire, le raisonnement et la conceptualisation associative.

Le lobe occipital :
Il contient les aires responsables de la vision.

Le lobe temporal :
Il intervient dans le traitement et la mémorisation des informations auditives primaires ou élaborées telles que le langage. Il est également responsable des fonctions entourant l’odorat, ainsi que la mémoire et les émotions.

Le lobe pariétal :
Il contient les centres qui traitent les impulsions nerveuses liées au sens du toucher. C'est là que sont analysées et traitées les informations liées à la température, à la texture, à la taille, à la forme et au poids. Il se compose donc d’une aire motrice (à gauche de la scissure centrale ou scissure de Rolando) et d’une aire sensori-motrice (à droite de la scissure centrale).

2. La latéralisation

Elle correspond aux différences structurales fonctionnelles des deux hémisphères. En effet, les lobes pariétal et occipital de l’hémisphère gauche sont plus développés chez les gauchers que les mêmes aires de l’hémisphère droit. On dit donc que la latéralisation repose sur les différences fonctionnelles entre les hémisphères gauche et droite.

L’hémisphère gauche contrôle le côté droit, il est davantage impliqué dans les capacités mathématiques et scientifiques, intervient dans le raisonnement et gère totalement le langage parlé et écrit.

L’hémisphère droit contrôle le côté gauche du corps et est davantage mobilisé dans les capacités liées à la sensibilité musicale et artistique en générale. Il gère préférentiellement la perception dans l’espace et les formes et intervient dans les processus de la compréhension et de l’imagination.

3. Le langage et le cortex cérébral

En 1861, Broca réalisa l’analyse post-mortem de 8 patients atteints d’un trouble qui les privait du langage oral tout en leur permettant de le comprendre. Il découvrit une zone lésée dans l’hémisphère gauche, située dorsalement à la scissure de Sylvius. Il identifia ainsi ce qui devint l’aire de Broca et relança la théorie localisationniste, notamment parce qu’aucune lésion ne fut observée dans l’hémisphère droit.

En 1876, Wernicke réalisa la même étude chez des patients qui avaient conservés leurs capacités de communiquer oralement mais dont les paroles étaient incohérentes. Il découvrit une lésion dans l’hémisphère gauche d’une aire située en position ventrale par rapport à la scissure de Sylvius, il la nomma aire de Wernicke. Cette découverte contredit en tous points la théorie localisationniste et pencha en faveur d’une théorie selon laquelle il existe des aires corticales spécifiques au contrôle d’un acte moteur mais plusieurs aires assurant les fonctions mentales, dites fonctions associatives.

Concernant le traitement du langage, les informations parviennent par les aires auditives, via les neurones efférents jusqu’au gyrus angulaire, passent par l’aire de Wernicke puis par l’aire de Broca en empruntant le faisceau arqué. Elles rejoignent ensuite les aires motrices afin d’activer les cordes vocales.

Chez les patients de Broca, seules les connexions avec l’aire motrice étaient sectionnées, de sorte qu’ils étaient capables de comprendre le langage mais pas de le produire. Chez les patients de Wernicke, seule l’aire de Wernicke était atteinte, ils pouvaient donc parler mais ne comprenaient pas le langage.

On utilise le terme d’aphasie pour désigner un trouble du langage. Lorsque la lésion concerne le faisceau arqué, on parle d’aphasie de conduction.

Remarque : le même raisonnement s’applique également à la vision : les aires associatives (l’information visuelle est le plus souvent perçue en parallèle de l’information auditive) et l’aire visuelle entrent en jeu. Lorsque celle-ci est lésée, le patient est aveugle, mais si la lésion touche l’aire associative visuelle, alors le patient ne pourra plus reconnaître ses proches.

IV - Les preuves expérimentales

1. Les techniques d’observation du cerveau

On utilise principalement l’IRM (Imagerie par résonnance magnétique) afin d’étudier la structure du cerveau, ainsi que la TEP (tomographie par émission de positons) qui permet une analyse fonctionnelle.

Les observations réalisées grâce à ces techniques permettent d’identifier les différentes parties du cerveau impliquées dans le traitement du langage : la visualisation d’un mot active la partie postérieure du cortex occipital gauche, l’écoute d’un mot, les parties du cortex temporal gauche, la répétition de mots, le cortex moteur, le cervelet ainsi que le cortex insulaire (partie profonde de la scissure de Sylvius). Enfin un exercice consistant à demander au sujet de nommer le verbe correspondant à un mot, mobilise l’aire de Broca ainsi que les aires associées.

Remarque : le cerveau est ainsi fait que l’aire de Broca se trouve proche de l’aire motrice et que l’aire de Wernicke est placée à côté de l’aire sensorielle.

2. Le contrôle central du langage

Il fut démontré par l’étude de sujets sourds et muets, en réponse à la question de savoir si les circuits neuronaux du langage étaient les mêmes chez les individus capables d’entendre et de parler que chez les sourds et muets : la réponse est positive puisque des lésions des aires de Broca ou de Wernicke produisent les mêmes incapacités que chez des individus non handicapés.

Par ailleurs, il a été démontré qu’un patient capable de parler oralement et en utilisant le langage des signes, perdait toute capacité à communiquer par l’un ou l’autre des moyens, en cas de lésion de l’aire de Broca.

3. Acquisition du langage dans le temps

Deux types de facteurs interviennent au cours du développement : un facteur génétique qui correspond à la lente mise en place des synapses intervenant dans le langage dans l’hémisphère gauche, et des facteurs dits épigénétiques qui renvoient à l’influence de l’environnement.

Le langage est la fonction mentale qui nécessite le plus de temps à sa maturation, cette lenteur se retrouve tout au long de la vie car les lésions y sont plus lentement réparées que dans les autres aires.

5. La dyslexie : une pathologie du langage

La dyslexie concerne l’ensemble des sujets présentant une capacité de lecture défectueuse, elle touche davantage les hommes. Elle est liée à des déficiences dans le traitement sensoriel des informations et dans les processus d’apprentissage. Il existe donc des corrélations entre la maladie et des déficits anatomiques et physiologiques.

Les cortex frontal et parietal présentent plus de circonvolutions et de replis que les individus normaux ainsi qu’un déficit synaptique. Par ailleurs, les aires visuelle et auditive contiennent des neurones beaucoup plus petits au niveau des corps genouillés latéraux qui sont localisés à la face postérieure du tronc cérébral et sont liés aux tubercules quadrijumeaux postérieurs par des relais optiques transformant les informations visuelles.

Enfin, on a également détecté un mécanisme dysfonctionnant au niveau du cortex cérébral et du système immunitaire qui serait du à une perturbation d’un gêne situé sur le 6ème chromosome suite à une mutation. On a d’ailleurs pu reproduire le trouble dyslexique en reproduisant cette mutation génétique chez des souris.