Les neurones au centre de notre réflexion

Le cerveau est notre organe le plus complexe. Non seulement ses différents habitants jouent une danse compliquée, dont le tempo n'a pas encore été décodé, mais c'est aussi l'organe avec lequel nous pensons. C'est le cerveau qui réfléchit sur le cerveau. 

Qu'est-ce qui le rend si complexe ? Qu'est-ce qui le pousse à travailler plus dur et plus vite que le cœur et à produire plus de substances chimiques que le foie ?

Pour comprendre le cerveau, nous devons d'abord nous familiariser avec ses habitants, sa disposition et sa structure.

Une question assez simple - combien d'habitants vivent dans notre cerveau - est restée sans réponse jusqu'à récemment. En 2005, les neurobiologistes Suzane Herculano-Houzel et Roberto Lent, professeurs à l'université fédérale de Rio de Janeiro, ont inventé une méthode pour compter et trier les différents types d'habitants du cerveau et ont découvert que celui-ci contient environ 86 000 000 000 de neurones et 85 000 000 000 de cellules non neuronales. 

Il ne leur a fallu que deux ans d'innombrables heures de travail et une bourse complète pour en arriver à cette information.

De sympathiques habitants… dans notre cerveau

Les plus connues et les plus étudiées sont les neurones. Ce sont les fils qui transmettent l'information de et vers : ils relaient les ordres et collectent les données. Les neurones, ou cellules nerveuses, sont le principal composant du tissu nerveux et communiquent entre eux et avec tous les autres organes par l'intermédiaire des synapses.

Ils peuvent être divisés en trois catégories, chacune ayant une fonction et un emplacement distincts. Les neurones sensoriels sont ceux qui reçoivent les données du monde extérieur et intérieur. Leurs bras allongés peuvent s'étirer jusqu'à plus d'un mètre. S'il le faut ils innervent les mains et les jambes, et ils réagissent au toucher, à l'odeur, à la pression, à la lumière, à la température et à bien d'autres stimuli qui affectent nos organes sensoriels (yeux, peau, etc.). Toutes ces informations sont ensuite envoyées à notre cerveau via la moelle épinière.

Une fois que l'information atteint une certaine partie du cerveau, elle est distribuée et déchiffrée. Pour cela, nous avons tout un réseau d'interneurones dont le but est de se connecter à d'autres neurones et de leur demander leur avis sur des questions connexes. Ce faisant, ils créent un circuit neuronal.

Lorsqu'un circuit neuronal parvient à une conclusion sur ce qu'il faut faire ensuite, il envoie des informations par l'intermédiaire des neurones moteurs, qui innervent à peu près les mêmes endroits que les neurones sensoriels, et qui ont l'air presque identiques. Ils constituent l'autre voie de l'autoroute de l'information neurale. Une fois que l'information a voyagé à travers le motoneurone jusqu'à sa destination, elle est délivrée, à nouveau, par les synapses. 

Anatomie des neurones. Crédit : Bruce Blaus

Une communication high-tech

Quel que soit le type de neurone, ils ont tous les mêmes parties, quel que soit leur aspect. Un neurone typique est constitué d'un corps cellulaire ou soma, où résident le noyau, de nombreuses dendrites et un seul long axone. Le soma est le centre de l'opération, le bureau de poste qui transmet toutes les informations jusqu'à la pointe de l'axone, où il se connecte soit au tissu musculaire (motoneurones), soit aux organes (motoneurones et neurones sensoriels), soit aux dendrites d'un autre neurone (interneurones), fermant ainsi le circuit. Les dendrites sont des petites branches qui se propagent à partir du corps cellulaire et s'étendent sur quelques centaines de micromètres. L'axone, une longue branche singulière, peut s'étendre sur plus d'un mètre chez l'homme, voire plus chez d'autres espèces. Il se ramifie, mais conserve un diamètre constant jusqu'à son extrémité. Les extrémités de ces branches sont des terminaisons axonales, où résident les synapses. Elles sont cruciales pour le transfert de signaux entre un neurone et d'autres cellules. Elles permettent aux neurones d'échanger des informations avec une autre cellule voisine en formant des jonctions étroites avec le signal qui arrive généralement par un long axone vers la dendrite d'un autre neurone, ou vers une autre cellule de notre corps. Les neurones communiquent à la fois avec des signaux chimiques et électriques, le signal électrique lui voyage à travers le neurone, excite les molécules stockées dans les synapses qui passent par la fente synaptique pour entrer dans une autre cellule.

Un aperçu schématique d'une synapse. Les flèches noires indiquent la direction du signal. Crédit : Curtis Neveu

Les neurones de notre corps forment le système nerveux central qui supervise tout. C'est notre cerveau et la moelle épinière et c'est la raison pour laquelle nous pouvons raisonner. Le système nerveux périphérique est le relais de nos organes et nos membres vers le dôme central. C'est le flux d'informations, composé d'axones s'étendant sur tout notre corps, couvrant chaque partie de celui-ci et nous fournissant un réseau de surveillance afin que nous (le cerveau) puissions toujours savoir ce qui nous arrive (le corps). Ils se rencontrent tous dans la moelle épinière, qui constitue l'ultime autoroute de notre corps vers le cerveau et vice-versa.

Pour rendre les choses encore plus compliquées, avec pour but de faciliter notre vie quotidienne, nous avons aussi un système nerveux périphérique totalement autonome, connecté, mais pas sous le contrôle du système nerveux central. Cette autonomie orchestre chaque action inconsciente que nous faisons, comme respirer, faire battre notre cœur, faire fonctionner chaque organe individuellement… Remercions l'évolution pour cela. Imaginez que vous ayez besoin de vous rappeler constamment de faire battre votre cœur ou de respirer. Le système nerveux autonome fait tout cela pour nous, et heureusement !

Division du système nerveux. Crédit : Cenevo

Pour résumer : l'information d'une casserole chaude qui touche votre peau voyage du bout des doigts à travers un neurone sensoriel, est transmise par les synapses à un autre neurone de la moelle épinière et est acheminée au cerveau, où les interneurones déchiffrent le signal électrique, distribuent l'information pour corriger le circuit neural et envoient le signal pour la marche à suivre. Il revient par les neurones moteurs jusqu'aux muscles de la main et des doigts, qui font généralement tomber la casserole sur votre pied, et le cycle continue. Tout cela, en moins de temps qu'il ne vous en faut pour cligner des yeux. 

La fascination pour le cerveau humain et l'ensemble du système nerveux est en hausse, et pour de bonnes raisons. Notre santé mentale est constamment bombardée de stimuli extérieurs, surtout dans des périodes difficiles comme celle d'une pandémie mondiale. Le mécanisme de combat ou de fuite, l'outil évolutif de notre survie, est constamment sollicité, ce qui fait que le stress, habituellement bénéfique et de courte durée, devient un état chronique qui dure un an et où ni le corps ni le cerveau ne savent quoi faire. Il n'y a pas de menace visible, et pourtant, nous nous sentons menacés. L'esprit et le corps s'épuisent sous l'effet de ce stimulus constant, ce qui nuit à notre capacité de raisonnement. Les troubles de santé mentale et les maladies étant en augmentation, il est très important de mieux connaître notre cerveau.

C'est le début de notre aventure.

Références:

1. Campbell, Neil (1996). Biology (4th ed.). Benjamin/Cummings Pub. Co. p. 1028. ISBN 0805319409.
2. Davies, Melissa (2002-04-09). The Neuron: size comparison. Neuroscience: A journey through the brain. Retrieved 2009-06-20.
3. Foster, M.; Sherrington, C.S. (1897). Textbook of Physiology, volume 3 (7th ed.). London: Macmillan.
4. Kandel, Eric; Schwartz, James; Jessell, Thomas, eds. (2000). Principles of Neural Science (4th ed.). New York City, New York: McGraw Hill Companies. p. 25. ISBN 978-0-8385-7701-1.
5. Markram, Henry; et al. (2004). Interneurons of the neocortical inhibitory system. Nature Reviews Neuroscience. 5 (10): 793–807. doi:10.1038/nrn1519. PMID 15378039. S2CID 382334.
6. Parsons, Richard (2018). CGP: A-Level Biology Complete Revision & Practice. Newcastle Upon Thynde: Coordination Group Publishing Ltd. p. 138. ISBN 9781789080261.
7. Pocock, Gillian; Richards, Christopher D. (2006). Human physiology : the basis of medicine (3rd ed.). Oxford: Oxford University Press. pp. 151–153. ISBN 978-0-19-856878-0.
8. Purves, Dale (2000). Neuroscience, Second Edition. Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 9780878937424. Archived from the original on 11 March 2014.
9. Tortora, Gerard; Derrickson, Bryan (2014). Principles of Anatomy & Physiology (14th ed.). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. pp. 406, 502, 541. ISBN 978-1-118-34500-9.