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Cerveau : sa structure serait bien plus simple qu’on ne le pensait !

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Certains prétendent que le cerveau est l'objet le plus complexe de l'univers connu. Peut-être pas autant que prévu, selon des chercheurs américains. Il se composerait en fait de fibres parallèles et perpendiculaires les unes par rapport aux autres, lui donnant globalement une structure en grille tridimensionnelle. De quoi ouvrir des perspectives médicales considérables !

On pensait le cerveau humain d'une complexité inimaginable. On le pense toujours, mais ses secrets pourraient être moins profondément enfouis que prévu. Sa structure de base est simple et ressemble à un quadrillage ou une grille tridimensionnelle. © Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital, MGH-UCLA Human Connectome Project

Le cerveau, ce sont des dizaines de milliards de neurones reliés les uns aux autres à travers des centaines de milliards de connexions. Il y a donc de quoi se perdre à jamais dans cet immense réseau. Pourtant, des scientifiques de l'École de médecine d’Harvard viennent de montrer que cette complexité apparente serait issue d'une structure sous-jacente bien plus simple que ce qu'on imaginait.

Leur protocole et les résultats sont détaillés dans la revue Science. Depuis des années, pour observer les fibres du cerveau, les chercheurs utilisaient une technique appelée imagerie du tenseur de diffusion, qui permet de traquer la propagation de l'eau dans un tissu biologique. En suivant le chemin qu'elle emprunte, il est possible de voir comment les filaments sont connectés entre eux. Pour leur étude, les auteurs ont mis au point une IRM à spectre de diffusion, qui repère mieux les points où ces fibres se rejoignent.

Le cerveau se structure selon trois axes qui forment une grille

Quatre espèces de primates non-humains ainsi que des volontaires humains ont servi de cobayes. Les résultats montrent que les fibres sont disposées de manière parallèle et à chaque jonction, elles tournent selon un angle droit. Cela peut faire penser au maillage d'un tissu en laine ou à une grille en trois dimensions. Ainsi, on pourrait donner la latitude, la longitude et l'altitude des fibres du cerveau et pourquoi pas établir un atlas.

Il est également intéressant de noter qu'elles s'arrangent selon trois axes principaux, ceux-là mêmes qui s'établissent dans les premiers temps du développement embryonnaire : haut-bas, droite-gauche et avant-arrière. Van Wedeen, l'un des auteurs de l'étude, explique qu'une telle organisation permet aux fibres de croître dans la bonne direction, en suivant tout simplement les règles classiques, contrôlées par les signaux biochimiques.

L'image est parlante. Ce n'est pas un gros plan sur un vêtement en textile, mais les fibres du cerveau telles qu'elles ont été observées chez le macaque rhésus Macaca mulatta. Cela forme un vrai quadrillage. © Van Wedeen, Martinos Center for Biomedical Imaging, Massachusetts General Hospital

Cependant, cette grille n'est pas parfaite pour autant. C'est chez le galago, animal testé le plus éloigné de nous, que le quadrillage paraît le plus net. Plus on remonte l'arbre généalogique des primates vers l'Homme et plus des plis et des courbures apparaissent dans la structure du cerveau.

Des perspectives intéressantes… mais sont-elles crédibles ?

Cette découverte, parfaitement inattendue, pourrait bien déboucher sur des applications scientifiques importantes. Par exemple, elle pourrait aider à mieux comprendre l'évolution du cerveau. Si ces structures partaient dans tous les sens, il serait plus difficile d'en déterminer la base. Mais si les couches peuvent presque s'empiler les unes sur les autres, la chronologie est plus simple à établir. Pour faire dans la métaphore, il paraît évident que lorsqu'on aperçoit le douzième étage d'un immeuble, on sait qu'il y en a onze autres en dessous.

Autre piste, les chercheurs pensent qu'il sera peut-être possible d'établir un lien entre des lésions au niveau du cerveau et des pathologies neurologiques ou psychiatriques. Selon leur idée, des fibres manquantes pourraient être à l'origine de maladies nerveuses. Ainsi, on pourrait les soigner en connectant de nouveau entre elles des régions qui auraient dû rester en communication.

L'histoire semble donc très belle. Mais peut-être trop pour certains scientifiques, qui doutent que cela soit aussi simple. Marco Catani, spécialiste de l'imagerie par diffusion au King's College de Londres, prétend que la technique utilisée ne repère pas les fibres qui se croisent avec un angle inférieur à 70 °, et lui-même reconnaît avoir parfois découvert des filaments qu'il n'avait pas vus en complétant sa recherche à l'aide d'une autre technique d'imagerie. Van Wedeen pense au contraire que quelle que soit la méthode utilisée, ses observations resteraient inchangées. La discorde ne fait peut-être que commencer.

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