Le cerveau

 

LE CERVEAU
LE SYSTÈME NERVEUX

Il a la taille et l’apparence d’un petit chou-fleur. Mais grâce à ses 100 milliards de cellules nerveuses (autant qu’il y a d’étoiles dans notre galaxie !), nous pouvons penser, planifier, parler, imaginer… et en même temps avoir conscience de tout ça.

Le cerveau possède deux hémisphères cérébraux qui s’occupent chacun d’un côté du corps. Sauf que le contrôle est croisé : l’hémisphère droit s’occupe du côté gauche du corps et vice versa !

Chacun de ses hémisphères dépliés serait aussi grand qu’une pizza extra-large ! C’est pour cela qu’il est obligé de se replier sur lui-même en de nombreuses circonvolutions pour tenir dans notre crâne.

LE SYSTÈME NERVEUX
LE CERVEAU

Le cerveau est un peu comme la tour de contrôle de notre corps. Il doit être tenu au courant rapidement des besoins de l’organisme et des ressources disponibles dans l’environnement pour les satisfaire.

Il y parvient grâce à un vaste réseau de câbles disséminés partout dans l’organisme : les nerfs. Avec le cerveau et la moelle épinière, ils forment le système nerveux.

Pour distinguer les centres de commande des voies d’information, on subdivise le système nerveux en deux (passez votre curseur sur les titres pour visualiser les systèmes) :

LE SYSTÈME NERVEUX CENTRAL

C’est le cerveau et son prolongement naturel, la moelle épinière, située au centre de notre colonne vertébrale. Cette dernière offre avec le crâne une véritable armure au précieux système nerveux central.

LE SYSTÈME
NERVEUX
PÉRIPHÉRIQUE

Ce sont les nerfs, dont certains recueillent de l’information et d’autres diffusent les ordres. Les nerfs du visage entrent et sortent directement du cerveau. D’autres atteignent le cerveau en passant par la moelle épinière. Les nerfs du système nerveux périphérique sont à leur tour subdivisés en deux catégories.

UN CERVEAU OÙ LE NOUVEAU SE BÂTIT SUR L’ANCIEN

Quand on observe l’anatomie d’un cerveau humain pour la première fois, on peut facilement être dérouté. Que signifient en effet tous ces replis, toutes ces structures se chevauchant les unes les autres ?

Comme tout organisme ou organe biologique, la forme du cerveau s’éclaire et prend tout son sens lorsqu’on le considère à la lumière de l’évolution qui a mené jusqu’à lui.

Le modèle sans doute le plus célèbre qui permet de considérer la structure du cerveau en relation avec son histoire nous vient de Paul MacLean et de son fameux « cerveau triunique ». Plusieurs éléments de ce modèle, popularisé à partir des années 1960, ont cependant dû être révisés au fil des décennies à mesure que les données neuro-anatomiques s’accumulaient (voir les deux premières capsules histoire à gauche).

En gardant ces mises en garde à l’esprit, on peut rappeler que le modèle original de MacLean affirmait que trois cerveaux distincts, apparus successivement au cours de l’évolution, cohabitaient en nous :

– un cerveau « reptilien », le plus ancien, qui assure les fonctions vitales de l’organisme en contrôlant, la fréquence cardiaque, la respiration, la température corporelle, l’équilibre, etc. Il comprend le tronc cérébral et le cervelet, essentiellement ce qui forme le cerveau d’un reptile. Il est fiable mais a tendance à être plutôt rigide et compulsif…

– un cerveau « limbique », apparu avec les premiers mammifères, capable de mémoriser les comportements agréables ou désagréables, et par conséquent responsable chez l’humain de ce que nous appelons les émotions. Il comprend principalement l’hippocampe, l’amygdale et l’hypothalamus. C’est le siège de nos jugements de valeur, souvent inconscients, qui exercent une grande influence sur notre comportement.

– un « néo-cortex », qui prend de l’importance chez les primates et culmine chez l’humain avec nos deux gros hémisphères cérébraux qui prennent une importance démesurée. C’est grâce à eux que se développera le langage, la pensée abstraite, l’imagination, la conscience. Le néocortex est souple et a des capacités d’apprentissage quasi infinies. C’est aussi grâce au néo- cortex que peut se constituer la culture.

Or on sait maintenant que ces structures cérébrales ne fonctionnent pas de manière indépendante et ont tissé de nombreuses connexions par lesquelles ils peuvent s’influencer mutuellement. Les voies nerveuses qui vont du système limbique au cortex sont par exemple particulièrement développées.

DE LA FÉCONDATION À L’EMBRYON

Il nous est très difficile de concevoir comment un être humain, avec les capacités intellectuelles complexes que lui confère son cerveau, peut se développer à partir d’un embryon. Et à plus forte raison à partir de la cellule unique qui est à l’origine de l’embryon.

Or pour comprendre comment se développe notre système nerveux, il nous faut justement remonter jusqu’à la première cellule du corps humain, ou plutôt les deux premières cellules…

En effet chez l’humain, comme chez toutes les espèces à reproduction sexuée, le matériel génétique d’un individu lui vient à 50 % de sa mère et à 50 % de son père. Il y a donc des cellules spéciales qu’on appelle gamètes qui sont produites par les deux sexes et qui, en se fusionnant, vont former la première cellule avec toute l’information nécessaire pour fabriquer un nouvel individu.

Les gamètes femelles et mâles diffèrent grandement chez l’humain : un gros ovule produit par la femme chaque mois comparé à 200 ou 300 millions de minuscules spermatozoïdes produits par l’homme en un jour ! Lors de l’ovulation chez la femme, l’ovule est éjecté de l’ovaire et transporté vers l’utérus à travers les trompes de Fallope.

Les spermatozoïdes produits par les testicules de l’homme et introduit dans le vagin par l’éjaculation vont remonter dans l’utérus et les trompes de Fallope grâce à leur flagelle mobile. Les spermatozoïdes sont attirés par l’ovule dont ils doivent digérer l’épaisse membrane avant de s’y introduire. Dès qu’un spermatozoïde pénètre à l’intérieur de l’ovule, il y déclenche des changements chimiques qui empêchent l’entrée des autres spermatozoïdes.

Bien que la contribution en terme de matériel génétique entre l’ovule et le spermatozoïde soit équivalente, l’apport en cytoplasme du spermatozoïde est négligeable par rapport à celui de l’ovule. Chez les mammifères, la fécondation est complétée une douzaine d’heures plus tard alors que le noyau de l’ovule fusionne avec celui du spermatozoïde pour former la première cellule contenant tout le matériel génétique du nouvel organisme.

Tout être humain a commencé sa vie ainsi, comme un simple ovule fertilisé par un spermatozoïde. La taille de cette première cellule, aussi appelé zygote, étant environ le cinquième de celle du point à la fin de cette phrase.

Celle-ci va ensuite se diviser en 2 cellules, puis en 4, en 8 en 16 etc, aboutissant ainsi à un amas sphérique de cellules. On emploie souvent le terme de segmentation pour décrire cette première étape du développement. Cette boule se creuse ensuite progressivement d’une cavité alors qu’elle quitte la trompe de Fallope pour s’implanter dans la paroi de l’utérus. C’est seulement à ce moment que vont naître les trois couches de cellules qui vont être à l’origine de tous les organes de notre corps, y compris le système nerveux.

Le potentiel de développement d’une cellule définit le nombre de types cellulaires différents qu’elle peut engendrer. Les cellules souches sont ainsi dites « pluripotentes » car elles peuvent se différencier en plusieurs types de neurones et de cellules gliales. Seul le zygote et les deux ou quatre premières cellules qu’il produit en se divisant peuvent former absolument toutes les cellules du corps. On dit que ces cellules sont « totipotentes ».

C’est d’ailleurs la séparation précoce de ces cellules qui produira le développement de jumeaux identiques. Les jumeaux non identiques, eux, partagent 50% de leurs gènes comme des frères et sœurs puisqu’ils proviennent de la fécondation de deux ovules par deux spermatozoïdes différents.

LA MISE EN PLACE DU SYSTÈME NERVEUX

LA MISE EN PLACE DU SYSTÈME NERVEUX
DE LA FÉCONDATION À L’EMBRYON                 LA FORMATION DES GRANDES RÉGIONS DU CERVEAU

Le système nerveux humain commence à se former très tôt durant le développement de l’embryon. À la fin de la phase de gastrulation, une structure allongée, la notocorde, se met en place. L’embryon va alors passer d’une structure circulaire à une structure allongée, étape primordiale pour le développement du système nerveux.

La notocorde envoie à la couche de cellules située juste au-dessus d’elle (l’ectoderme) un signal qui va amener certaines d’entre elles à former la première structure à l’origine du système nerveux, la plaque neurale.

C’est le début du développement de notre système nerveux, processus aussi appelé neurulation. L’étape suivante de ce processus survient lorsque les bords de la plaque neurale commencent à se replier vers l’intérieur, formant une gouttière neurale. Celle-ci va bientôt se refermer complètement pour former un tube neural à partir duquel se construira la totalité du cerveau et de la moelle épinière.

Des défauts de fermeture du tube neural peuvent d’ailleurs avoir des conséquences dramatiques pour le nouveau-né.

Les cellules qui forment l’intérieur du tube neural, en plus d’être à l’origine du cerveau et de la moelle épinière, vont également donner naissance à la crête neurale, autre structure importante pour la suite de la mise en place de toutes les composantes du système nerveux.

À l’intérieur du tube, les cellules continuent de proliférer à un rythme qui varie le long du tube en fonction de la future structure cérébrale en formation, le cortex se développant par exemple le plus tardivement.

LA FORMATION DES GRANDES RÉGIONS DU CERVEAU

L’apparition de vésicules dans la partie rostrale du tube neural est une étape importante du développement puisque ce sont ces vésicules qui vont devenir le cerveau des vertébrés. De leur côté, les invertébrés comme les insectes ou les mollusques n’ont pas de cerveau à proprement parler, seulement des ganglions (ou amas de cellules nerveuses) répartis à différents endroits dans leur corps. Certains invertébrés comme les pieuvres ont cependant un ganglion cérébral très développé.
Le tube neural du jeune mammifère est d’abord une structure droite. Puis, avant même que la partie caudale du tube neural n’ait commencé à se développer, la partie rostrale subit des changements spectaculaires. Au début de la 4e semaine, le tube neural s’incurve et se subdivise en trois renflements qu’on appelle les vésicules primaires (ou primitives).

De l’avant à l’arrière, ces vésicules seront respectivement à l’origine du prosencéphale (ou cerveau antérieur), du mésencéphale (ou cerveau médian) et du rhombencéphale (ou cerveau postérieur). À partir du rhombencéphale se poursuit le tube neural qui donnera naissance à la moelle épinière.

Après la mise en place de ces trois régions cérébrales primitives, deux de celles-ci vont à leur tour se subdiviser pour former les cinq grandes subdivisions du cerveau.

LES CENTRES DU PLAISIR

Pour qu’une espèce survive, ses individus doivent en premier lieu assurer leurs fonctions vitales comme se nourrir, réagir à l’agression et se reproduire. L’évolution a donc mis en place dans notre cerveau des régions dont le rôle est de « récompenser  » l’exécution de ces fonctions vitales par une sensation agréable.
Ce sont ces régions, interconnectées entre elles, qui forment ce que l’on appelle le circuit de la récompense.

L’aire tegmentale ventrale (ATV), un groupe de neurones situés en plein centre du cerveau, est particulièrement importante dans ce circuit. Elle reçoit de l’information de plusieurs autres régions qui l’informent du niveau de satisfaction des besoins fondamentaux ou plus spécifiquement humains.

L’aire tegmentale ventrale transmet ensuite cette information à une autre structure cérébrale située plus en avant : le noyau accumbens. Cette transmission s’effectue grâce à un messager chimique particulier, la dopamine. Son augmentation dans le noyau accumbens, et dans d’autres régions, aura alors un effet de renforcement sur des comportements permettant de satisfaire nos besoins fondamentaux.

Du point de vue fonctionnel, l’œil peut être comparé à un appareil photo et la rétine à la pellicule photographique. En effet, le rôle de l’appareil photo est de concentrer sur le film une image nette ni trop sombre ni trop lumineuse. On y parvient grâce à la bague de mise au point qui met l’objet au foyer et au diaphragme qui s’ouvre et se ferme pour laisser passer juste la bonne quantité de lumière pour la sensibilité du film.

Notre œil fait exactement la même chose, à tout moment de la journée, et sans même que nous en ayons conscience ! La mise au point est assurée par la cornée et le cristallin, alors que l’iris s’occupe d’ajuster la luminosité optimale pour notre rétine. Celle-ci, avec ses nombreuses couches de neurones, est toutefois beaucoup plus complexe et sensible qu’une pellicule photographique. Il faut aussi noter que l’image reçue au niveau de la rétine est inversée, tout comme l’est celle qui s’imprime sur la pellicule d’un appareil photo.

Si l’on passe en revue les principales composantes optiques de l’œil, on a d’abord la cornée qui forme la surface externe transparente et légèrement bombée au centre de l’œil. Comme la cornée ne possède pas de vaisseaux sanguins, elle prend ses nutriments dans le milieu qui est situé derrière, l’humeur aqueuse, ainsi que dans celui qui est situé devant, les larmes répandues par le clignement des paupières.

La lumière traverse ensuite le cristallin, véritable lentille qui baigne entre l’humeur aqueuse et l’humeur vitrée qui remplit l’intérieur de l’œil.

La pupille est le terme employé pour désigner l’orifice qui permet à la lumière d’entrer dans l’œil et d’atteindre la rétine; elle paraît noire à cause de la couche de cellules pigmentées qui tapissent le fond de l’œil et qui absorbent la lumière.

Le diamètre de la pupille est contrôlé par l’iris, un muscle circulaire dont la pigmentation donne la couleur à l’œil et la contraction lui permet de s’adapter continuellement aux différentes conditions d’éclairage. Ainsi, la nuit, on aura de grandes pupilles noires parce que notre iris est ouvert au maximum pour laisser entrer le peu de lumière disponible. C’est ce qu’on appelle le réflexe pupillaire. On peut l’observer facilement en regardant ses yeux dans un miroir et en ouvrant et fermant la lumière de la pièce.

Le fond de l’œil est pour sa part tapissé par la rétine qui capte les rayons lumineux. Le nerf optique, formé par les axones des cellules ganglionnaires de la rétine, quitte ensuite l’œil par l’arrière pour rejoindre le premier relais visuel dans le cerveau.

LES CIBLES DU NERF OPTIQUE

Les axones des cellules ganglionnaires de la rétine se rassemblent pour former le nerf optique. C’est par lui que l’information visuelle, maintenant traduite en influx nerveux se propageant le long du nerf, se rendra jusqu’aux différentes structures cérébrales responsable de l’analyse du signal visuel.
Les nerfs optiques quittent donc les deux yeux au niveau des disques optiques et se réunissent pour former le chiasma optique juste en avant de l’hypophyse. Le chiasma optique permet la décussation d’un certain nombre d’axones en provenance de la rétine, c’est-à-dire leur changement de côté pour assurer le traitement croisé de l’information visuelle.

Les axones en provenance du côté nasal de la rétine vont changer de côté au niveau du chiasma optique pour faire en sorte que la moitié gauche du champ visuel soit perçue par l’hémisphère cérébral droit, et vice-versa. Comme la partie de la rétine du côté des tempes reçoit déjà son information du champ visuel qui lui est opposé, ses axones n’ont pas besoin de changer de côté et continuent tout droit dans le tractus optique.

La grande majorité des fibres nerveuses du tractus optique projette sur le corps genouillé latéral (CGL) dans la partie dorsale du thalamus, le relais principal de la voie qui mène au cortex visuel primaire. Cette projection du CGL vers le cortex visuel porte le nom de radiation optique. Comme une lésion à quelque site que ce soit le long de la voie qui va de la rétine au cortex entraîne des cécités plus ou moins importantes, il est clair que c’est par cette voie que se fait la perception visuelle consciente chez l’humain.

LES DIFFÉRENTS CORTEX VISUELS

L’image que capte notre oeil est transmise au cerveau par le nerf optique. Celui-ci se termine sur les cellules du corps genouillé latéral, premier relais des voies visuelles. Les cellules du corps genouillé latéral (ou CGL) vont ensuite rejoindre leur cible principale : le cortex visuel primaire. C’est là que l’image va commencer à être reconstituée à partir des champs récepteurs des cellules de la rétine.

Aussi appelé cortex strié ou simplement V1, le cortex visuel primaire se situe dans la partie la plus postérieure du lobe occipital du cerveau. En fait, une grande partie du cortex visuel primaire n’est pas visible quand on regarde le cerveau de l’extérieur parce qu’elle se trouve de chaque côté de la scissure calcarine. Cette scissure est toutefois bien visible sur une coupe sagittale entre les deux hémisphères cérébraux.

Le cortex visuel, avec son organisation cellulaire particulière, correspond aussi à l’aire 17 décrite par l’anatomiste Brodmann au début du vingtième siècle (voir capsule outil à gauche).

La cortex visuel primaire envoie une forte proportion de ses connexions au cortex visuel secondaire qui est formé par les aires 18 et 19 de Brodmann. Bien que la plupart des neurones de l’aire visuelle secondaire aient des propriétés semblables à celles des neurones de l’aire visuelle primaire, plusieurs s’en distinguent en répondant à des formes beaucoup plus complexes.

L’analyse des stimuli visuels amorcée se poursuit ensuite à travers deux grands systèmes corticaux de traitement de l’information visuelle. La première est une voie ventrale qui s’étend vers le lobe temporal et serait impliquée dans la reconnaissance des objets. La seconde est une voie dorsale qui se projette vers le lobe pariétal et serait essentielle à la localisation de l’objet.

Comme pour d’autres systèmes sensoriels ou même pour le système moteur, il existe dans le cortex visuel une correspondance entre la disposition des éléments du champ visuel qui tombent sur la rétine et leur disposition à la surface du cortex. Pour le système visuel, on parle de rétinotopie puisque c’est la rétine qui sert de référence aux cartes corticales des différentes aires visuelles.

Dans ces cartes rétinotopiques, les points de plus grande discrimination sensorielle, en l’occurrence ici la fovéa, ont une représentation disproportionnée par rapport au reste de la rétine. Dans le cortex visuel primaire par exemple, la petite partie centrale de la rétine occupe toute la partie postérieure de, alors que toute la région périphérique du champ visuel est analysée dans la région antérieure restante.

2 réflexions au sujet de « Le cerveau »

  1. Bonjour j’ai été très ému de pouvoir acquérir un éclaircissement sur la notion des jumeaux. Je suis étudiant en année de maitrise des sciences naturelles.

  2. bonjour ,très flatter de cette option qui nous permet a découvrir et faire recherche;
    notre souci c’est d’évoluer avec vous mais seul obstacle c’est le cous d’abonnement.
    en attendant nous efforçons de faire plaidoyer d’un sponsoring bien faiseur pour l’aide au cout.
    ben Cyrille Dieu le veut

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