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 Le système nerveux - Physiologie |
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| Le cerveau : de la biologie moléculaire aux sciences cognitives
J. P. Changeux |
L'apport de multiples disciplines de recherche, qui incluent la biologie moléculaire, la physiologie nerveuse, les sciences du comportement et l'anthropologie, converge vers une conception synthétique des fonctions supérieures du cerveau de l'homme, qui s'inscrit dans l'emboîtement de multiples évolutions au niveau des gènes, du réseau neuronal, de l'expérience individuelle et des acquis socioculturels. |
| Conscience et cerveau
M. Imbert |
Conscience et cerveau font aujourd'hui bon ménage. Il n'en a pas toujours été ainsi. A une longue période d'indifférence, suivie d'un temps d'hostilité affichée, fait suite aujourd'hui une idylle grosse de promesses mais riche d'obscurité, de confusions et d'illusions. Le nombre de livres publiés par des philosophes, psychologues, neurobiologistes, physiciens ou mathématiciens (et j'en passe), le nombre de colloques ou de numéros spéciaux de revues consacrés aux relations entre cerveau et conscience est simplement confondant. Cet engouement vient, pour une grande part, des recherches sur le cerveau lui-même. Il vient surtout de la mise en évidence de dissociations spectaculaires entre ce qu'un patient, souffrant d'une lésion cérébrale circonscrite, est capable de réaliser, sans en avoir la moindre idée, grâce à des capacités de percevoir, de mémoriser, de choisir et arranger l'information pertinente pour réaliser un geste, saisir un objet, éviter un obstacle, être ému par un visage familier. Autant de comportements qu'il exécute sans savoir comment, mais dont il aurait été pleinement conscient sans sa lésion cérébrale. On peut aller jusqu'à dire que toutes les compétences cognitives, y compris les compétences sémantiques, peuvent être, jusqu'à un certain point, réalisées sans que le sujet en ait conscience. Cette forme de conscience constitue ce que certains auteurs appèlent le problème facile de la conscience, en ce sens qu'une explication en termes de fonctionnement cérébral ne pose pas de problèmes insurmontables. Il n'en va peut-être pas de même de la conscience au sens d'expérience subjective, strictement privée et toujours faite à la première personne ; cet aspect de la conscience constituerait, en revanche, un véritable défi à toute explication scientifique. Nous nous proposons de passer en revue un certain nombre d'arguments, pris notamment dans le domaine de la perception visuelle, qui établissent des corrélations fortes entre le fonctionnement de régions cérébrales localisées et la conscience que nous avons de ce que nous voyons et de ce que nous ressentons lorsque nous voyons. |
| La cartographie du système cérébral
B. Mazoyer |
La nature des relations entre cerveau et pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques depuis plus de deux millénaires. C’est à la fin du 19ème siècle que des neurochirurgiens établirent que les fonctions cognitives modifient localement la circulation sanguine cérébrale (Roy et Sherrington, 1890), et que des lésions du cortex provoquent leur dysfonctionnement (Broca, 1863). Cette dernière approche, appelée neuropsychologie, a été jusqu’aux années 1980 la méthode expérimentale de référence pour l’étude des relations entres structures et fonctions cérébrales, tout en étant fondamentalement inadaptée à l’étude du fonctionnement cérébral normal. Dans ce contexte, la mise au point dans les années 1990 de techniques d'imagerie de l'organisation fonctionnelle du cerveau humain, constitue une véritable révolution. Leur avènement découle d’avancées majeures de la fin du 20ème siècle dans les domaines de la détection de rayonnements et de l’informatique. Ces techniques, dites de neuroimagerie cognitive, sont la tomographie par émission de positons (TEP), l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMF) et la magnéto-électro-encéphalographie (MEEG). Une fonction cognitive est en effet une séquence temporelle d'activités neuronales, électriques et neurochimiques, distribuées en réseau, et engendrant des variations locales à la fois du champ électro-magnétique, du métabolisme énergétique, et du débit sanguin cérébral (DSC). Les modifications locales du champ électromagnétique sont directement observables à la milliseconde près, "en temps réel ", à la surface du scalp (MEEG). L’observation des événements neurochimiques, métaboliques et hémodynamiques nécessitent le recours à un marqueur de ces évènements dont la concentration en chaque endroit du cerveau doit être détectable de l’extérieur. En IRMF, le marqueur est la désoxy-hémoglobine (dHb), une molécule normalement présente dans les globules rouges du sang veineux, et dont la concentration varie avec le débit de sang local et donc avec l’activité mentale. Chez un sujet placé au sein d’un champ magnétique intense, la dHb peut être détectée par voie externe car elle est paramagnétique : sa présence engendre dans son voisinage une faible perturbation du champ magnétique que les appareils d’IRM sont capables de cartographier avec une précision millimétrique. La fusion des données d’EEG-MEG d’une part, et de TEP-IRMF d’autre part va permettre à terme l’obtention de véritables cartes cérébrales spatio-temporelles des activités mentales. Les méthodes de neuroimagerie ont déjà fourni de nombreux résultats concernant des bases neurales des fonctions cognitives, et vont permettre une approche nouvelle du vieillissement cérébral et des dysfonctionnements cognitifs. Elles constituent, pour les neurobiologistes, les psychologues, les spécialistes d’intelligence artificielle, mais également les philosophes, une rupture épistémologique dans la quête de la nature et de l’organisation de nos pensées. |
| Le cerveau de la connaissance : physiologie de la cognition et images du cerveau
B. Mazoyer |
L'existence de relations entre cerveau et pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques, et ce en raison de l'absence de techniques d'observation du fonctionnement normal de cet organe. A la fin du 19e siècle, physiologistes et neurochirurgiens ont établi que les fonctions cognitives généraient des modifications localisées de la circulation sanguine cérébrale, et que des stimulations ou des lésions du cortex pouvaient provoquer une interruption ou un trouble de leur exécution. Jusqu'aux années 1980, cette dernière approche - la neuropsychologie - a constitué la méthode expérimentale prédominante pour l'étude des relations entres structures et fonctions cérébrales. Elle est cependant limitée parce qu'elle tente d'inférer le fonctionnement du cerveau normal à partir de l'observation de dysfonctionnements de cerveaux lésés. Dans ce contexte, la mise au point au cours des années 1990 de techniques d'imagerie numérique tridimensionnelle permettant d'observer de façon externe chez l'homme vivant l'organisation fonctionnelle de son cerveau, constitue une véritable révolution. La tomographie par émission de positons, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et la magnétoencéphalographie sont désormais à même de fournir des cartes spatio-temporelles des événements électriques et métaboliques qui sous-tendent les activités mentales. Ces nouvelles approches des fonctions cognitives ont déjà fourni de nombreux résultats en démontrant que les activités cognitives avaient pour base une modulation d'activité neuronale. Elles devraient également permettre dans l'avenir une nouvelle approche des dysfonctionnements cognitifs apparaissant au détours des maladies neurologiques et psychiatriques. |
| Cerveau, chance et chaos
H. Korn |
Les neurosciences vivent une période nouvelle et particulièrement fructueuse dans leurs rapports avec la physique et les mathématiques. Jusqu’ici a dominé en neurobiologie, ainsi que dans d’autres corpus du savoir, une conception causale héritée de la mécanique de Newton selon laquelle le fonctionnement du cerveau obéirait aux seules lois du déterminisme classique. La notion de « câblage » anatomique et celle d’arc réflexe illustrent bien ce schéma traditionnel du tout ou rien qui a conduit a trop souvent exclure du champ de notre réflexion, la variabilité et le caractère imprévisible, pourtant évidents, de nombre de faits expérimentaux. Nous montrerons à l’aide de quelques exemples que cette situation se modifie rapidement et que les « interfaces » entre les différentes disciplines souvent invoquées en vain dans le passé, deviennent une réalité. Un matériel expérimental privilégié a été celui d’un neurone qui commende la réaction de fuite chez les poissons. Véritable « cerveau dans le cerveau », il permet d’étudier tous les mécanismes de la communication neuronale qui ont été identifiés chez toutes les espèces, y compris les Primates. À son niveau, la transmission de la communication entre les neurones est loin d’être garantie, elle obéit au contraire aux lois du hasard : comme si chaque synapse jouait aux dés le fait qu’elle relaie ou non un message après chaque influx. Ce caractère probabiliste confère à la communication nerveuse et par conséquent aux comportements qu’elle sous-tend, une « liberté » dont la valeur adaptative est fondamentale. Elle intervient de plus dans certains processus de mémorisation et d’apprentissage. L’étude de phénomènes électriques communs également à tous les neurones, à l’aide de la dynamique non linéaire mise au point par les physiciens, a d’autre part suggéré que l’apparence stochastique de ces processus cache en fait un ordre sous-jacent, celui du chaos déterministe. Le terme « déterministe » signifiant que la dynamique en cause obéit bien à des lois mais, que l’évolution des phénomènes concernés est imprévisible du fait de leur sensibilité à toute perturbation. Cette découverte qui remet en cause bien des idées reçues, offre des perspectives inattendues pour qui veut comprendre la nature des états internes du cerveau ou encore dans une perspective thérapeutique de certaines affections neurologiques. |
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