La formation du cerveau et la mise en place de la pensée a toujours fasciné les scientifiques. Mieux connaître cette «grosse gelée» ouvre la voie à de nombreuses possibilités autant technologiques que médicales. Le cerveau ne nous pas encore livré tous ses secrets.
Ceci est la deuxième partie d'une série d'articles sur l'origine d'une pensée. La première partie peut être consultée ici. Cet article s'appuie largement sur les connaissances acquises dans les articles précédents sur les neurones, les astrocytes, les oligodendrocytes et la microglie. Il est fortement recommandé de les explorer en premier, pour un meilleur plaisir de lecture.
Tout part du cerveau
Après un mois de multiplication des cellules, le tube neural devient la moelle épinière et le cerveau de l'embryon. Leur masse à l'intérieur du proto-cerveau et de la proto-moelle épinière correspond à un ordinateur des années 1970 : rien n'est câblé correctement, les messages d'erreur volent dans tous les sens, les entrées sont encore le plus souvent illisibles et la consommation d'énergie est énorme.
C'est le début d'une communication bidirectionnelle entre la mère et l'embryonet, pour certains, le moment où l'embryon commence à devenir un être vivant. C’est alors que le proto-cerveau a la capacité de sonder et de communiquer avec le monde extérieur, avec son créateur et son gardien : la mère. La communication est encore éparse mais, au fil du temps, elle devient plus précise, plus intense et plus globale.
Les neurones commencent à se connecter les uns aux autres et aussi à leur destination finale, les organes. L'étendue et la portée de leurs actions sont encore minuscules en raison de l'absence d'oligodendrocytes, d'une isolation adéquate, et de la faible population d'astrocytes capables de surveiller les fonctions des synapses.
À ce stade, l'embryon présente de nouvelles caractéristiques intéressantes telles que le cœur, le foie et d'autres organes qui seront bientôt cruciaux. Il peut répondre, surveiller et ajuster plusieurs fonctions comme le rythme cardiaque, les niveaux d'oxygène, la glycémie et plus encore.
Si la glycémie est faible, le cerveau peut maintenant avertir la mère en produisant des neurotransmetteurs et des hormones, créant ainsi cette envie de jus de cornichon et de mélange de pudding à la fraise que les femmes enceintes ressentent parfois.
Des sens en alerte permanente
Après plusieurs mois de recherche de différentes combinaisons de goûts, les choses se compliquent de façon exponentielle. Le bébé, qui est maintenant beaucoup plus gros qu'une orange, commence à déchiffrer les signaux provenant de l'extérieur : il a fait pousser les organes nécessaires pour capter ces signaux, tels que la peau, les oreilles et les reins, les a câblés avec des neurones, les a isolés (un peu) avec des oligodendrocytes et a mis en place des forces de l'ordre (bien que peu nombreuses) sous la forme de microglies. Même l'équipe de gestion des déchets est prête à intervenir sous la forme d'astrocytes ! Des milliers de signaux inconnus doivent être triés, déchiffrés et traités. Le réseau neuronal doit donc lui aussi être considérablement étendu. Le toucher est le premier sens à se développer, les lèvres et les joues étant sensibilisées dès la 8e semaine, puis d'autres parties du corps dès la 14e semaine. Le sens du goût peut se développer vers la 12e semaine et celui du son vers les 22e-24e semaines.
Vue schématique du développement du cerveau chez le fœtus. Les images individuelles ne sont pas à l'échelle.
Un grand ménage pour mieux grandir
Au cours d'un processus de construction, il est préférable d'avoir un excédent de matériaux plutôt que d'en manquer. Il en va de même pour le développement neuronal. Le cerveau commence son voyage de développement avec un nombre excessif de neurones qui ne sont encore reliés à rien et qui acquièrent leur fonction en se connectant à d'autres neurones ou à des organes au fur et à mesure de la complexité de la maturation du fœtus. Comme l'espace et les emplacements de connexion sont limités, tous les neurones ne sont pas dans la capacité de le faire.
L'élagage est le processus d'élimination et de remodelage des axones et des synapses inutiles ou mal placés. Il s'apparente à la survie des plantes où les jeunes pousses tardives et sous-développées ont du mal à trouver l'eau et la lumière du soleil, et finissent par périr. Ce processus se produit d'abord en masse dans le cerveau en développement et persiste tout au long de notre vie. Il est essentiel pour le potentiel de remodelage du cerveau, sa plasticité et sa flexibilité nécessaires pour s'adapter à l'environnement. Chez le fœtus, c'est le gain de fonction et les fonctions d'ordre supérieur qui nécessitent un élagage (comme le sens du goût qui remplace le sens du toucher dans la bouche), alors que les nouvelles compétences, expériences et souvenirs déclenchent un élagage dans le cerveau adulte.
L'apoptose est la mort cellulaire programmée ou la démolition planifiée d'un morceau de tissu. Les doigts et les paupières sont des exemples d'apoptose réussie à plus grande échelle. Le même processus se produit dans notre cerveau à l'échelle individuelle, et persiste tout au long de notre vie, comme le fait l'élagage. Dans les cerveaux fœtaux, il est essentiel pour libérer l'espace des neurones qui n'ont pas eu la chance de se fixer à quoi que ce soit. Ils sont les bâtiments errants qui doivent être éliminés pour que le nouvel immeuble puisse être construit.
L'apoptose et l'élagage jouent tous deux un rôle important dans l'amélioration et la rapidité de la coordination, le développement des compétences cognitives et d'autres fonctions que nous appelons collectivement l'expérience.
Une étape cruciale: affronter les éléments extérieurs
Il est difficile d'imaginer le choc, l'impact, la quantité de signaux générés par toutes les parties du corps désormais exposé : les poumons, un appareil conceptuel jusqu'à présent, deviennent soudainement vitaux. Avec eux, l'oxygène passe de l'état liquide à l'état gazeux. Les muscles, jamais utilisés auparavant, sont sollicités à plein régime pour maintenir un semblant d'équilibre. La peau devient le bouclier contre le Grand Extérieur, exposée, s'oxydant, se consumant ! Le flux sanguin doit être plus puissant pour pomper l'air gazeux partout. La nourriture n'est plus une ressource facilement disponible, elle doit être introduite par l'alimentation ! Les microbes commencent à s'infiltrer dans tout le corps, et le système immunitaire est à l'œuvre.
L'afflux de signaux et le manque de ressources disponibles jusqu'à présent font qu'une chose l'emporte sur toutes les autres.
A l’assaut d’un nouveau monde
Jusqu'à présent, il n'était pas nécessaire d'utiliser les cordes vocales, et il n'y avait aucune chance de les utiliser. Il en va de même pour les membres, les yeux, les oreilles, le toucher, la pression et tous les autres sens.
Les fils, les neurones, étaient là, mais il n'y avait pratiquement aucune lecture à en tirer. Comme des instruments inventés pour attraper des airs encore à découvrir.
Une fois à l'extérieur, ces instruments captent de nombreux signaux inconnus, et les neurones les transmettent au cerveau dans l'espoir d'une quelconque reconnaissance. Le nouveau-né crie, se débat, fait de son mieux. Et en plus, il apprend la cause et l'effet !
Quelque part au milieu de cette agitation et de cette exploration, une pensée est née. Si je m'agite et pleurniche, je recevrai de la nourriture, ce qui veut dire: «Gémir est une bonne chose si j'ai faim.»
Une pensée et beaucoup de questions
Où naît la pensée ? Y a-t-il des neurones (ou d'autres cellules) qui en sont responsables ? Ou les pensées ne sont-elles qu'une gigantesque série de données cousues ensemble ? Cela fait-il une différence ?
Le processus de pensée est-il déclenché par le plus grand choc de notre vie, la surcharge d'impulsions linéaires jusqu'alors appelée naissance ? Ou bien a-t-il commencé secrètement avant cela ?
Ces questions sont encore essentiellement de nature philosophique en raison du manque d'outils, de méthodes et d'équipements de laboratoire nécessaires pour déterminer avec précision la naissance de ce qui, plus tard, engendre la créativité, l'imagination, les rêves et façonne notre avenir.
Le développement prénatal est largement déterminé par des facteurs génétiques et physiques, dont beaucoup sont sensibles à la composition biochimique de l'organisme de la mère. Les toxines telles que l'alcool, la nicotine et les drogues peuvent gravement entraver le développement du fœtus, voire le tuer purement et simplement.
Le développement mental est un processus hiérarchique de stratification et de câblage du cerveau, dans lequel les processus de niveau supérieur, comme le langage, reposent sur des processus de niveau inférieur, comme l'audition, qui repose à son tour sur d'autres processus de niveau encore inférieur.
D'autre part, le développement postnatal repose en grande partie sur l'expérience, sur l'apprentissage et l'acquisition de liens de causalité. Des circuits cérébraux sains ont besoin d'expériences saines qui, à terme, nécessitent une exposition à une grande variété de stimuli à un âge précoce, lorsque la plasticité cérébrale est la plus grande et que le cerveau peut stocker plus d'informations avec facilité !
Quelle que soit l'origine des pensées, une chose est sûre : seul le changement permet le progrès, et seule la léthargie le détruit !
Sources :
En tant que doctorant en biotechnologie, je suis intrigué par le système nerveux. J'ai une affinité particulière pour la neurologie du développement et je veux comprendre comment des structures aussi complexes que le cerveau peuvent exister et comment elles ne fonctionnent pas avec ou sans café du matin.
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