LES NAVETTES ECLAIRS DU CERVEAU

La compréhension du fonctionnement de notre cerveau fait partie de ces "nouvelles frontières" de la recherche biologique : des milliers de chercheurs tentent de comprendre les arcanes de ce fascinant organe. La tâche est rude car, même s'il ne représente que 1,5 kg de matière, il contient quelque 100 milliards de cellules nerveuses, les neurones, dont chacune peut être assimilée à un microprocesseur comme ceux constituant le cœur de nos microordinateurs. Lorsque l'on sait que chaque neurone peut contracter plusieurs milliers de connexions avec d'autres neurones, on réalise alors la complexité des réseaux nerveux, supports matériels de l'ensemble de nos pensées, de nos comportements et de nos émotions.
L'Homme semble avoir compris très tôt le rôle essentiel de cet organe : des traces de consommation rituelle de cervelle humaine ont été trouvées chez des hommes préhistoriques, suggérant une croyance en la possibilité d'acquérir ainsi les qualités du mort. Certaines tribus de Nouvelle Guinée s'adonnaient encore à cette pratique il y a quelques années.
La première mention relative au fonctionnement du cerveau dans un texte historique remonte au XVIIème siècle avant notre ère : un papyrus égyptien décrit les symptômes de deux blessés présentant des fractures du crâne et met en relation les signes observés avec des lésions cérébrales. 1200 ans plus tard, Hippocrate (466-377) affirmait : "Les hommes doivent savoir que du cerveau et du cerveau seulement naissent nos plaisirs, nos joies, nos rires et plaisanteries aussi bien que nos peines, nos douleurs, nos chagrins et nos larmes...".
Pourtant, ces idées d'avant-garde tombèrent en désuétude avec Aristote (384-322) et ne furent reprises qu'à la fin du XVIIIème siècle par Franz Joseph Gall (1758-1828). Gall était un grand anatomiste et il posa les jalons de la neuroanatomie en montrant notamment que le cerveau est constitué de substance grise et de substance blanche, que la substance blanche est formée de fibres et que les fibres nerveuses sont emballées dans une enveloppe graisseuse, la myéline. Pour Gall, la structure du cerveau semblait révéler une organisation en régions fonctionnellement distinctes reliées entre elles par des faisceaux de fibres. Cette idée était juste, mais Gall fut desservi par un de ses élèves, Spurzheim : développant une idée de Gall selon laquelle l'aspect d'un individu révélerait son caractère, il inventa la phrénologie, prétendue science qui devait discréditer son maître.
Pourtant, la conception du cerveau comme formé de sous-ensembles fonctionnellement distincts devait prendre corps dans les années suivantes avec la localisation plus ou moins précise de zones spécialisées comme le cervelet, responsable de la coordination des mouvements et de l'équilibre. Gall pensait aussi que les maladies mentales sont des maladies du cerveau. Paul Broca (1824-1880), en étudiant systématiquement le cerveau de ses anciens patients, put montrer que l'aphasie (impossibilité à prononcer les mots alors que l'appareil phonatoire est intact et qui était alors considérée comme une maladie mentale) était liée à une lésion localisée d'une petite région du cortex gauche maintenant appelée aire de Broca. A sa suite furent mises en évidence de plus en plus de régions spécialisées dans des fonctions motrices ou sensorielles au point qu'une carte précise du cortex cérébral put être établie au début du siècle par W.Penfield, un neurochirurgien canadien. Cette première carte montrait que chaque muscle est commandé par une région précise du cortex frontal et que chaque modalité sensorielle dépend également de zones corticales localisées précisément. Elle montrait aussi que la quantité de tissu nerveux commandant un muscle était proportionnelle non pas au volume du muscle mais à la finesse des mouvements dont il est capable : ainsi, le volume de cerveau commandant les mouvements du pouce est plus grand que celui commandant les mouvements de la jambe, du tronc et du bras réunis. De même, la zone recevant les sensations en provenance des lèvres est-elle plus étendue que celles recevant les sensations en provenance de la peau des jambes et des bras.
Dès le début du XIXème, deux chercheurs, un britannique, Sir Charles Bell, et un français, François Magendie, avaient montré l'existence de deux catégories de nerfs : des nerfs afférents transportant les messages sensoriels de la périphérie vers le cerveau et des nerfs efférents transportant les ordres moteurs du cerveau vers les muscles. Dans les deux cas, la moelle épinière sert de relais aux messages circulant dans les deux sens et constitue même le centre nerveux de certains réflexes élémentaires (comme lorsque l'on retire la main à la suite d'une brûlure).
C'est un espagnol, Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), qui devait faire la liaison avec l'échelle cellulaire. Grâce à une nouvelle technique de coloration inventée par un italien, Camillo Golgi (1843-1926), il put montrer que l'ensemble du système nerveux est constitué d'unités distinctes, les neurones, que les fibres nerveuses trouvées dans le cerveau comme dans les nerfs sont des prolongements de ces neurones et qu'elles leur permettent de communiquer à distance constituant ainsi un vaste réseau de télécommunications à l'intérieur de l'organisme. Les deux hommes devaient partager le prix Nobel en 1906 : grâce à eux, les bases cellulaires de l'organisation du système nerveux étaient posées.
Un écossais, Sir Charles Sherrington (1857-1952), devait démontrer que le cerveau est capable d'intégrer la masse d'informations en provenance des organes récepteurs et d'élaborer en retour des actions musculaires coordonnées constituant nos comportements. Il élucida les modalités de contrôle permettant les mouvements complexes et découvrit de multiples voies nerveuses. Il reconnut que les mécanismes à la base du fonctionnement du système nerveux sont en nombre très limité malgré l'infinie variété des processus mentaux et compara joliment le cerveau à "un métier à tisser où des millions de navettes éclairs tissent une trame évanescente toujours significative mais jamais durable".
Il partagea le prix Nobel en 1932 avec Sir Edgar Adrian (1889-1977), pionnier de l'exploration des neurones avec les outils de l'électronique et, à ce titre, au départ d'un nouveau chapitre de la neurobiologie qui devait élucider en partie la nature exacte des "navettes éclairs" et n'est pas encore clos.
EXPERIENCE
UNE EXPERIENCE DE COMMUNICATION NERVEUSE
Cette expérience est destinée à montrer une des actions intégratrice et régulatrice du système nerveux. La température centrale de notre corps reste constante (dans des limites étroites compatibles avec la vie) car le système nerveux déclenche une production de chaleur lorsque la température s'abaisse ou, au contraire, la sudation (permettant le refroidissement par évaporation) lorsque la température s'élève.
Matériel nécessaire
Un thermomètre électronique pour mesure intérieure et extérieure, c'est à dire muni d'une sonde placée au bout d'un fil (en vente dans les bazars et les boutiques d'accessoires auto), un morceau de bande adhésive, un saladier rempli d'un mélange d'eau et de glaçons.
Comment procéder
Coller la sonde du thermomètre sur le lobe de l'oreille à l'aide de la bande adhésive en veillant à ce que la sonde soit appliquée fermement contre la peau.
Placer à portée de main le saladier rempli d'eau et de glaçons (une dizaine de glaçons suffisent).
Attendre que la température de la sonde s'équilibre avec celle de la peau : pour cela, laisser monter la température jusqu'à ce qu'elle ne varie plus pendant plusieurs minutes (des variations de 0.1°C en plus ou en moins sont normales). Il faut environ 1/4 d'heure pour cela et la température atteinte est de l'ordre de 26 à 30°C selon le modèle de thermomètre utilisé. Ne pas s'agiter pendant les mesures.
Tremper une main dans l'eau froide et surveiller le cadran du thermomètre : en quelques secondes, la température du lobe de l'oreille va s'élever progressivement. Dès qu'elle a augmenté d'environ 0.5°C, retirer la main de l'eau et l'essuyer : la température va revenir à sa valeur initiale.

Que s'est-il passé ?
Dans la peau existent des récepteurs thermiques, prolongements de neurones spécialisés dans la détection des flux thermiques. Lorsque ces neurones sont stimulés ils envoient des messages au cerveau par l'intermédiaire de la moelle épinière. Lorsque le cerveau est informé de la situation, il réagit en commandant par certains nerfs la diminution de calibre de la plupart des vaisseaux périphériques (vasoconstriction) ce qui a pour effet de limiter les pertes thermiques au niveau de la peau. Toutefois, lorsque l'ensemble de l'organisme reste chaud et que seule une région limitée est exposée au froid (cas dans notre expérience), on observe une dilatation des vaisseaux cutanés des extrémités (pied, main, oreille) qui se traduit par une production de chaleur accrue à ce niveau (peut-être destinée à limiter les risques d'engelure en cas de froid excessif) mesurée par le thermomètre.