La recherche scientifique permet chaque jour d’en savoir un peu plus sur le cerveau, siège de la cognition, de la mémoire, des émotions… De l’anatomie du cerveau aux connaissances actuelles sur la conscience, en passant par les différentes maladies neurologiques, découvrez notre dossier sur le cerveau.
Pourquoi chercher à comprendre le cerveau ?
D’un point de vue philosophique, le cerveau est l’organe qui perçoit, qui pense, et qui agit. C’est donc lui qui permet de donner un sens à l’existence.
Au niveau sociologique, le cerveau est le chef d’orchestre de l’organisme qu’il gère tout en se gérant lui-même. Il est responsable de nos comportements, et donc de nos interactions avec les individus qui composent la société.
Scientifiquement le cerveau constitue un enjeu majeur car il renferme encore des mystères tant dans son développement, dans son fonctionnement normal et pathologique que dans ses facultés d’adaptation. Il est essentiel aujourd’hui de percer les mécanismes de la genèse de nos facultés intellectuelles, de nos émotions, et des comportements moteurs qui en sont l’expression.
Et enfin, le défi médical d’aujourd’hui est de comprendre le cerveau malade dans le cadre de maladies neurologiques (Alzheimer, Parkinson, SLA, sclérose en plaques, épilepsie…) ou psychiatriques (dépression, schizophrénie, autisme, TOC…) pour développer les traitements de demain.
C’est la raison de l’existence de l’Institut du Cerveau qui accueille une élite scientifique et médicale dans un même lieu, au sein de l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière AP-HP à Paris, connu pour la qualité des soins prodigués et qui reçoit l’appui de Sorbonne Université, renommée pour la qualité de la formation scientifique qu’elle propose, ainsi que du CNRS et de l’INSERM, organismes de recherche nationaux.
L’accueil de nouvelles start-ups au sein d’un incubateur, la présence de plus de 500 chercheurs dans les laboratoires, l’application de cette recherche chez les malades au sein du Centre d’Investigation Clinique sont les moyens mis en œuvre à l’Institut du Cerveau pour trouver rapidement de nouvelles pistes thérapeutiques et les exploiter.
Le cerveau, qu'est-ce que c'est ?
Le cerveau avec la moelle épinière constitue le système nerveux central, capable d’intégrer les informations, de contrôler la motricité et d’assurer les fonctions cognitives.
Il pèse environ 1,3 kg dont (75% d’eau) et est l’organe le mieux protégé, d’une part parce qu’il baigne dans le liquide céphalo-rachidien, réduisant les effets des chocs et d’autre part car il est recouvert par 3 enveloppes : les méninges. Il consomme 15 à 20% de l’énergie produite par l’organisme, essentiellement du glucose, sucre simple fourni par l’alimentation. Il est parcouru par un grand nombre de vaisseaux sanguins permettant un apport important en oxygène.
Le cerveau est constitué de 2 hémisphères (droit et gauche) réunit par le corps calleux. Chaque hémisphère cérébral est formé du lobe frontal, lieu du raisonnement, fonctions du langage, coordination motrice volontaire ; du lobe pariétal, siège de la conscience du corps et de l’espace environnant ; du lobe occipital, permettant l’intégration des messages ; du lobe temporal, centre de l’audition, de la mémoire et des émotions ; du lobe limbique pour traiter les informations concernant les émotions, les affects et la mémoire ; et du lobe de l’insula permettant de traiter la douleur, les odeurs et le gout.
Le cervelet contrôle l’équilibre et la coordination des mouvements et le tronc cérébral sert de point de passage entre les hémisphères cérébraux et la moelle épinière.
Les lobes du cerveau sont liés à des zones spécifiques
Le cerveau est composé de 100 milliards de cellules nerveuses, « les neurones », qui constituent un réseau câblé très précis. La myéline est la gaine protectrice présente le long des axones des neurones et qui permet la propagation de l’influx nerveux. Elle est formée par les oligodendrocytes qui avec les astrocytes et la microglie sont appelés cellules gliales, aussi nombreuses que les neurones. Le cerveau contient également le cortex ou substance grise : c’est la partie la plus superficielle du cerveau, en raison de la présence des corps cellulaires des neurones. Il contient également la substance blanche, où se trouvent les prolongements des neurones (axones) entourés d’une gaine de myéline. Il regroupe également 4 ventricules cérébraux, des cavités où circule le liquide cérébrospinal. Enfin, au centre, les noyaux gris centraux, encore appelés ganglions de la base, sont impliqués dans le contrôle du comportement et dans l’apprentissage.
Le cerveau abrite de nombreuses sous-structures
Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques, appelés influx nerveux (ou potentiels d’action). Chaque neurone est constitué d’un corps cellulaire, de prolongements appelés dendrites et axones. Ces derniers émettent des connexions avec d’autres neurones par l’intermédiaire des synapses.
Le neurone (à gauche) et la synapse (à droite)
L’influx nerveux se propage le long de l’axone pour terminer son chemin au niveau de la terminaison synaptique. Plus la fréquence de celui-ci est importante, plus le neurone produit des substances chimiques : les neurotransmetteurs (ou neuromédiateurs).
Ces derniers contenus dans les vésicules sont libérés dans le milieu extracellulaire au niveau de la synapse et vont à leur tour activer ou inhiber un second neurone au niveau de sa dendrite ou de son corps cellulaire. De nouveau, l’influx nerveux poursuit son chemin le long de ce second neurone et ainsi de suite.
Il existe plusieurs types de neurotransmetteurs. Certains peuvent être excitateurs comme le glutamate ou inhibiteur comme le GABA. Parmi les plus connus, les principaux sont la dopamine, la sérotonine, l’histamine et l’acétylcholine. Les neurones responsables de la production de la dopamine (situés dans une région profonde du cerveau appelée « la substance noire ») sont essentiels au contrôle du mouvement.
Le système nerveux est composé d’une grande diversité de structures et de types de cellules. Au cours du développement, le système nerveux se constitue à partir de quelques cellules seulement. Les régions cérébrales se différencient progressivement par un phénomène de régionalisation. Les cellules se différencient les unes des autres en fonction de leur position dans le système nerveux en développement. Tout ceci est contrôlé par un ensemble de gènes qui agissent de façon très spécifique et coordonnée dans le temps et dans l’espace. Ces régions cérébrales nouvellement formées vont ensuite se connecter entre elles et se spécialiser dans des fonctions particulières.
L’équipe dirigée par Bassem HASSAN s’intéresse à la formation des neurones et des réseaux neuronaux au cours du développement cérébral. Les recherches de cette équipe ont récemment mis en évidence des mécanismes essentiels régulant la production de neurones via un contrôle temporel précis de l’activité de certaines protéines essentielles.
Les connexions de notre cerveau sont dynamiques et évoluent constamment pour intégrer nos expériences de vie et nos apprentissages. S’il existe des périodes critiques de plasticité cérébrale pendant l’enfance, notre cerveau reste plastique même à l’âge adulte. La majorité du remodelage des réseaux neuronaux chez l’adulte passe par le recyclage des synapses, les points de connexion entre les neurones. Les cellules gliales jouent aussi un rôle critique dans la plasticité cérébrale. En effet, elles sont très mobiles dans le cerveau et peuvent être recruter dans des sites particuliers du cerveau pour sculpter les connexions synaptiques.
L’étude de cette « plasticité cérébrale » est un champ d’étude dans lequel les chercheurs de l’Institut du cerveau sont pionniers. L’équipe d’Alberto BACCI étudie les microcircuits du cortex cérébral, en particulier les synapses entre différents types de neurones, conduisant à des circuits spécifiques du cortex cérébral.
L’équipe de Nicolas RENIER a pour objectif d’étudier les mécanismes contrôlant la dynamique d’extension des prolongements neuronaux dans le cerveau adulte, de générer des nouvelles connaissances sur l’interaction des neurones et du système vasculaire au cours des processus de plasticité et développer une cartographie des marqueurs neuronaux et des connexions du cerveau entier.
Le traitement de l’information sensorielle est une caractéristique fondamentale de notre cerveau qui est cruciale pour nos actions quotidiennes. La plupart de cette fonction cérébrale, plutôt essentielle, repose sur la performance de son unité fonctionnelle fondamentale composée par le neurone et ses connexions synaptiques. L’objectif de l’équipe de Nelson REBOLA est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui influent le traitement de l’information sensorielle par notre cerveau et, qui sont finalement à l’origine de notre comportement.
