Comment fonctionne le cerveau

Ses outils: 100 milliards de neurones et un nombre incalculable de connexions. Son «langage»: des courants électriques minimum et environ 50 produits chimiques. Ses fonctions: superviser le travail de l'organisme, traiter les signaux entrants de l'extérieur, stocker les souvenirs et surtout nous permettre de raisonner.

C'est l'objet le plus complexe et le plus mystérieux connu: 1 300 à 1 500 grammes de tissu gélatineux, composé de 100 milliards de cellules (neurones), chacune développant en moyenne 10 000 connexions avec les cellules voisines. Voici un résumé de sa formation, de son organisation, de sa défense et du fonctionnement du cerveau.

le tout en huit mois. Pendant la vie fœtale, le corps produit pas moins de 250 000 neurones par minute. Mais 15-30 jours avant la naissance, la production s'arrête et une deuxième phase commence pour le cerveau qui durera toute une vie: créer des connexions entre les cellules.

Dans ce processus, les cellules qui échouent aux connexions sont éliminées, à tel point qu'au moment de la naissance, elles sont déjà réduites de moitié. La mort devient imposante de 30 à 40 ans lorsque, sans que le corps les remplace (la régénération des neurones n'a été effectuée qu'en laboratoire), les cellules du cerveau commencent à mourir au rythme de 100000 par jour, environ 1 par seconde. Heureusement, il n'y a pas de déclin mental correspondant: la capacité à créer de nouvelles connexions préserve les facultés mentales acquises.

LES TROIS cerveaux. Le cerveau humain (plus exactement «cerveau») est le résultat de la superposition des trois types de cerveau apparus lors de l'évolution des vertébrés.

Du bas (à la base du crâne), le cerveau le plus ancien, ou rhomboencéphale , spécialisé dans le contrôle des fonctions involontaires telles que la vigilance, la respiration, la circulation et le tonus musculaire. Il comprend le cervelet et des parties de la moelle épinière qui s'étendent dans le cerveau.

En remontant, il y a le mésencéphale : une petite portion de tissu nerveux composée des pédoncules du cerveau et de la lame quadrigeminale.

Enfin, il y a le prosencéphale , la partie la plus "moderne", divisée en diencéphale et télencéphale. Le premier, également appelé «système limbique» , contient des structures telles que le thalamus , l' hypothalamus , l' hypophyse et l' hippocampe , d'où proviennent des sensations telles que la faim, la soif ou le désir sexuel. Enfin, la partie la plus récente de toutes: le cortex , où se trouvent les fonctions d'intelligence et de langage.

SES DÉFENSES. L'écorce occupe une grande partie du crâne, donc son volume est facilement compris. Difficile cependant d'imaginer son ampleur. L'écorce est en effet recouverte de fissures profondes (les circonvolutions cérébrales) de sorte que, si l'on pouvait "l'étirer", elle occuperait une surface plusieurs fois plus grande que celle de la tête.

La fente la plus profonde est celle qui sépare les deux hémisphères, pourtant unis par le corps calleux , un tissage dense de fibres nerveuses: s'ils se coupaient, les deux hémisphères ne communiqueraient plus. Les autres fentes principales distinguent les soi-disant "lobes". Les principaux sont temporels (audition et équilibre), frontaux (mouvements volontaires), pariétaux (sensibilité tactile et goût) et occipitaux (vision).

Enfin, les membranes appelées méninges (mère pieuse, arachnoïde et dure-mère) enveloppent le cerveau : contrairement à ce que les phrases suggèrent, elles ne servent pas à penser, mais à nourrir et protéger le vrai cerveau.

Toujours à des fins de protection, le cerveau est enfin traversé par une série de cavités remplies de liquide (la liqueur de céphalorachide) qui crée une sorte d '"effet flottant" utile pour contrer la force de gravité et les accélérations dues aux mouvements rapides de la tête.

Parce que tout le monde déteste les régimes. Enfin, il existe une défense cérébrale qui, malheureusement, rend très difficile la perte de poids sur commande. En fait, si un jeûne a tendance à affecter davantage les muscles que la masse grasse, c'est en fait parce que le cerveau se défend.

Sa nourriture est des sucres, et les neurones sont incapables de décomposer les graisses pour en faire des sucres. Par conséquent, une fois que ceux disponibles dans le foie sont terminés, ils utilisent des protéines (en attendant, le corps détruit également les graisses) et affectent les muscles. Mieux, parce que la plupart des fibres nerveuses sont "isolées" d'un manchon - la gaine de myéline - composé de graisses ... si les neurones pouvaient les "manger", comme cela se produit dans une maladie appelée sclérose en plaques, l'activité cérébrale deviendrait impossible.

LE NEURON: LA CELLULE DE BASE. Mais passons aux éléments constitutifs du cerveau, les neurones : des cellules spécialisées dans la collecte, le traitement et le transfert des influx nerveux. De leur corps cellulaire, plusieurs branches se ramifient, les dendrites , et une branche plus grande, l'axone . Les premiers reçoivent les signaux entrants, les seconds acheminent les messages sortants. Grâce aux dendrites et aux axones, le nombre total de connexions que les neurones d'un cerveau humain sont capables d'établir dépasse le nombre de tous les corps célestes de l'univers.

L'existence de ces connexions, ou synapses , a été découverte à la fin du XIXe siècle par le physiologiste anglais Charles Scott Sherrington, même s'il ne s'agit pas de connexions physiques car une fissure microscopique est toujours interposée entre deux neurones. Pour combler cette lacune, les signaux changent de visage: électriques, ils deviennent chimiques. La terminaison des axones libère des substances, appelées neurotransmetteurs, qui sont collectées par des récepteurs spéciaux sur la membrane cellulaire cible.

Une fois le neurotransmetteur capturé, le message chimique est reconverti en impulsion électrique. Pour accélérer le voyage, l'impulsion sur l'axone saute. L'axone, en effet, est recouvert d'un matériau isolant appelé "gaine de myéline", qui laisse cependant certains points à découvert: les nœuds de Ranvier. Et en "sautant" d'un nœud à l'autre, l'impulsion atteint 400 km / h.

MESSAGES CHIMIQUES. Les neurotransmetteurs sont comme les mots d'un langage limité mais très complexe, composé de seulement cinquante mots, mais capables de fournir des instructions détaillées. Malheureusement, il n'y a toujours pas de vocabulaire pour traduire les messages chimiques, mais nous pouvons au moins regrouper les neurotransmetteurs en deux groupes distincts: ceux à action rapide et ceux à action lente.

Parmi les premières, on trouve des molécules telles que l'acétylcholine , l' adrénaline , la noradrénaline , la dopamine , la sérotonine : de petites molécules qui ont pour tâche de provoquer des réponses immédiates, de la perception d'un parfum à la réaction (par exemple, un sourire ).

Le deuxième groupe comprend les « neuropeptides » (les plus connus sont la somatostatine et les bêtaendorfines): grosses molécules, lentes à agir mais capables d'induire des modifications durables. Par exemple, ils donnent forme aux synapses, mais ils peuvent également réduire les récepteurs d'un certain neurotransmetteur, rendant ainsi les neurones «sourds» à certaines commandes.

Des souvenirs? Ce sont des chemins "facilités". Nous avons déjà vu que deux neurones, pour communiquer, échangent des produits chimiques qui leur font générer des impulsions électriques particulières. Imaginez que vous répétiez ce processus des millions, des milliards de fois et vous aurez décrit, quoique de manière simplifiée, le transfert d'informations (visuelles, acoustiques ...) au sein d'un circuit neuronal du cerveau humain. Mais qu'est-ce que cela a à voir avec les processus d'apprentissage, de mémorisation et de mémorisation?

Regardons un cas simple. Imaginons par exemple la cueillette d'une fleur jamais vue auparavant et caractérisée par un parfum très agréable. Ce type d'information se déplacera de la muqueuse olfactive (la partie interne du nez qui "sent" les odeurs), le long du nerf olfactif, jusqu'à la partie du cortex cérébral organisée pour analyser et comprendre les parfums. Ce faisant, l'information passera par un grand nombre de synapses créant l'équivalent d'un «chemin» neuronal. Au fur et à mesure que l'expérience se répète, les informations emprunteront à nouveau le même chemin en la renforçant encore plus, tout comme le passage de nombreuses personnes dans un bois crée un chemin authentique.

SOUVENIRS COUPLÉS. Ce processus, appelé "facilitation", est, selon toute probabilité, la base physique des processus d'apprentissage et de mémorisation: lorsque l'information est passée un grand nombre de fois à travers la même séquence de synapses, les synapses elles-mêmes sont ainsi "facilitées" que des signaux ou impulsions différents mais pertinents (par exemple le nom de la fleur qui a un certain parfum) génèrent une transmission d'impulsions dans la même séquence de synapses. Ceci détermine chez le sujet la perception de l'expérience précédemment faite de nombreuses fois, et c'est la sensation de ce parfum agréable même si le parfum n'est pas réellement "ressenti". Ici, la mémoire est générée.

La même chose se produit lorsque vous essayez de mémoriser un nouveau numéro de téléphone ou un nouveau numéro ATM: il faudra le recomposer plusieurs fois avant de le fixer dans la mémoire. À moins que des stratégies de mémorisation ne soient utilisées pour relier le nouveau nombre à des chemins déjà formés ... il serait facile, par exemple, de se souvenir d'un nombre comme 191518 le reliant au concept "Première Guerre mondiale" (qui a commencé en 1915 et s'est terminé en 1918).

Ce mécanisme explique également un autre petit mystère: pourquoi, quand nous apprenons une chanson ou un poème, est-il si difficile de le réciter à partir du deuxième couplet et non depuis le début? Précisément parce que toute la mémorisation fait partie d'un chemin «facilité»: ce n'est qu'en la reprenant depuis le début qu'il est possible de la retracer sans difficulté.

De toute évidence, le processus d'apprentissage est beaucoup plus complexe.

SYNAPSE EN CONSTRUCTION. Une chose est sûre: la « plasticité neuronale » est à la base de la mémoire . Ces mots définissent la capacité du cerveau à se façonner par le remodelage continu d'anciennes synapses et la création de nouvelles synapses. Le cerveau se remodèle en effet constamment, et c'est précisément pour cette raison qu'il doit toujours être maintenu en fonctionnement pour garantir son efficacité.

Bien sûr, il est légitime de penser que l'apprentissage est plus que la restructuration d'un certain nombre de synapses ... mais il existe des preuves concrètes que sans la plasticité neuronale, nous ne pourrions plus apprendre. Et pas même pour mémoriser la "Vispa Teresa".

Tout d'abord, une prémisse: pour être "plastique", le cerveau doit être capable de fabriquer rapidement de nouvelles protéines. La simple expulsion du neurotransmetteur de l'extrémité de l'axone nécessite la présence de protéines: leur tâche, dans ce cas, est de pousser les vésicules pleines de neurotransmetteurs près de la membrane pré-synaptique. D'autres protéines ont une fonction similaire à celle des grues dans la construction de bâtiments: elles déplacent les dendrites et les axones vers de nouvelles positions, où elles peuvent se connecter avec d'autres cellules qui étaient auparavant hors de portée. Eh bien, il a été noté que l'utilisation de médicaments capables de bloquer la synthèse des protéines bloque également l'apprentissage et la mémorisation. Bref, le cerveau n'apprend qu'en se changeant.

L'ENTREPÔT DU PASSÉ. Mais où finissent physiquement les choses apprises et mémorisées? Comment sont stockées les mémoires complexes? Ici aussi, tout n'est pas clair. Cependant, nous savons que les souvenirs ne sont pas stockés dans le cerveau sous forme de photographies, mais sont en fait décomposés en leurs constituants (couleur, saveur, mouvement, profondeur, intensité, son, etc.).

Le mystère principal est de savoir comment les fragments dispersés dans les différentes zones du cerveau peuvent se recomposer, si nécessaire, en quelques millièmes de seconde, faisant réapparaître la mémoire complète. En revanche, il est plus facile de comprendre pourquoi certains souvenirs sont perdus (ou volontairement faits disparaître): il suffit que le chemin "facilité" entre les synapses soit annulé ou affaibli, et la mémoire devient inaccessible.

QU'EST-CE QUE L'HOMUNCULUS. Le cerveau a de nombreuses autres fonctions en plus de l'apprentissage et de la mémoire. En particulier, il agit comme un centre de contrôle des sensations et des mouvements. Et aujourd'hui, les chercheurs ont construit la carte sensorielle et motrice du cerveau avec une certaine précision. Comme, comment? Une méthode consiste à appliquer, pendant une intervention chirurgicale sous anesthésie locale, une stimulation électrique minimale dans des zones spécifiques du cortex et à demander au patient quelles sensations il ressent. Par contre, une stimulation périphérique (par exemple une ponction sur un pied) produit dans le cortex un signal électrique détectable grâce, par exemple, à l'imagerie par résonance magnétique. Il en va de même pour le cortex moteur, dont la stimulation électrique peut produire un mouvement spécifique et vice versa.

De là, l'homoncule est né , ou la représentation de ce que serait le corps humain si tous les organes étaient proportionnés aux zones cérébrales qui les contrôlent: grosse tête (avec une langue encore plus grande), mains énormes, organes des sens en évidence, organes génitaux très petits muscles insignifiants, etc.

ENTRE DROIT ET GAUCHE. Cerveau spécial

Tout ce que vous aimeriez savoir sur l'organe le plus complexe du corps humain dans le dossier Mind and Brain: mode d'emploi.

ENTRE DROIT ET GAUCHE. Avec la même technique, la manière dont les deux hémisphères du cerveau, qui sont sensiblement identiques, ont divisé certaines fonctions a été mise en évidence. L'hémisphère droit est plus spécialisé dans les tâches spatiales et la synthèse comme la lecture de cartes, l'exécution de dessins géométriques, la reconnaissance des visages et la sensibilité musicale.

L'hémisphère gauche préfère plutôt l'expression et la compréhension du langage, l'analyse des détails, le raisonnement symbolique. Certaines différences statistiques entre les deux sexes sont également liées à cette différenciation entre les hémisphères: les hommes, qui utilisent principalement l'hémisphère droit, sont meilleurs en orientation spatiale et en logique mathématique, les femmes en richesse de vocabulaire et en compétence manuelle.

Et la différence de volume connue entre son cerveau et le sien? Il existe, mais uniquement parce que le mâle est plus gros et a plus de muscles, donc son cerveau nécessite plus de travail de contrôle: en ce qui concerne le cortex avec fonctions cognitives, l'extension est cependant absolument identique chez les deux sexes.

Au lieu de cela, il existe une disparité moins connue qui se produit au niveau de l'hémisphère: chez les femmes, les deux hémisphères cérébraux sont en moyenne plus similaires l'un à l'autre. Avec pour conséquence que, dans le cas d'une maladie qui n'affecte qu'un seul hémisphère, la capacité de récupération de la femme est nettement supérieure à celle du mâle.

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