L’activité cérébrale révèle une nouvelle manière d’organiser le comportement

Quand la biologie redessine les frontières

Vous avez sûrement déjà vu ces schémas colorés dans les manuels de biologie, n’est-ce pas ? Ceux qui découpent notre cerveau en petites zones bien nettes, comme des départements sur une carte de France. Pendant plus d’un siècle, c’est exactement comme ça que les scientifiques ont travaillé. Ils ont divisé le cerveau en régions basées uniquement sur l’apparence des tissus observés au microscope. Une approche visuelle, presque géographique.

Ces cartes ont façonné notre compréhension de tout : la pensée, la prise de décision, et même notre capacité à nous contrôler, en particulier lorsqu’on parle du fameux cortex préfrontal. Mais voilà, une étude récente vient jeter un pavé dans la mare. Et si on avait regardé la carte à l’envers ? Enfin, peut-être pas à l’envers, mais disons qu’on a peut-être manqué l’essentiel.

Une nouvelle recherche suggère que ces cartes anatomiques traditionnelles passent à côté de la réalité. Au lieu de s’aligner sagement sur les frontières visibles des tissus, les circuits de contrôle du cerveau semblent s’organiser selon la façon dont les neurones s’activent ensemble au fil du temps. En d’autres termes, ce qui compte vraiment, c’est ce que font les cellules, leur comportement, et non pas simplement l’endroit où elles sont assises. C’est un changement de paradigme assez vertigineux pour quiconque s’intéresse à la mécanique de notre esprit.

Au-delà de l’anatomie : écouter le chant des neurones

Pour comprendre cette découverte, il faut revenir un instant en arrière. Les atlas classiques du cerveau ont commencé avec de fines tranches de tissus, colorées pour que les différentes couches apparaissent distinctement sous la lumière. Les scientifiques ont appelé ces motifs la cytoarchitecture — littéralement l’agencement des cellules — et s’en sont servis pour nommer les régions cérébrales. Une revue de 2018 a d’ailleurs retracé comment ces cartes, inspirées du style de Brodmann, ont dirigé la recherche moderne pendant plus de cent ans. Parce que ces frontières semblaient nettes, il était tentant de traiter chaque région comme si elle avait un job unique, même quand nos comportements impliquaient en réalité des réseaux bien plus vastes.

Mais l’équipe dirigée par Marie Carlén, du Karolinska Institutet, a décidé de changer de lunettes. Ou plutôt, de changer d’outils. Au lieu de regarder des images statiques, ils ont écouté. En enregistrant l’activité de dizaines de milliers de neurones sur des souris éveillées, ils ont découvert que les fonctions cérébrales — comme la planification ou la prise de décision — se regroupent selon des modèles d’activité partagés.

Pour réaliser cet exploit technique, il a fallu du matériel capable d’échantillonner de nombreux points à la fois sans perturber le comportement. L’une des avancées clés a été l’utilisation de Neuropixels, des sondes en silicium dotées de centaines de sites d’enregistrement, capables de capturer les pics neuronaux sur de longues étendues de tissu cérébral. Les ordinateurs ont ensuite séparé ces traces électriques mélangées pour isoler des neurones individuels, et un logiciel de cartographie a placé ces neurones dans des coordonnées partagées. C’est un peu comme essayer d’isoler une voix précise dans un stade bondé, vous voyez ?

Ils se sont concentrés sur l’activité spontanée, ces décharges qui continuent sans déclencheur évident, car cela reflète la manière dont les circuits locaux tournent au ralenti. Sur des fenêtres de 3 secondes, ils ont vu des choses fascinantes : certains neurones tiraient lentement et régulièrement, tandis que d’autres s’excitaient rapidement, par rafales. En plaquant ces modèles sur la localisation de chaque neurone, les chercheurs ont pu tracer des frontières basées sur la fonction réelle.

Hiérarchie et désordre : quand la carte ne correspond plus au territoire

C’est ici que ça devient vraiment intéressant, et un peu technique. Une théorie classique liait le cortex préfrontal au contrôle dirigé vers un but, le plaçant au sommet de l’organisation de l’information pour l’action. Des travaux ultérieurs, en 2019, ont lié la hiérarchie corticale — ces niveaux classés de flux d’information — à la façon dont le cortex et le thalamus se connectent et s’envoient des signaux. Les résultats de l’étude de Carlén ont montré que les modèles d’activité suivaient ce classement bien mieux qu’ils ne correspondaient aux frontières tissulaires habituelles.

Une signature claire est apparue haut dans la hiérarchie préfrontale : beaucoup de neurones tiraient à un rythme bas et régulier. Cette activité régulière reflète probablement une connectivité récurrente, avec des signaux bouclant à travers les circuits locaux pour aider à intégrer l’information dans le temps. Si ces neurones aident à maintenir l’information en place, on peut supposer que des interruptions de ce rythme pourraient affaiblir le raisonnement avant même que des problèmes ne deviennent évidents. C’est logique, non ?

Mais attendez, en même temps, les neurones liés à la décision dans ces mêmes régions de haut rang se comportaient très différemment. Plutôt que de tirer régulièrement, ils tiraient rapidement ! C’est un modèle parfait pour encoder des choix en modifiant le nombre de pics en quelques millisecondes seulement.

« Certains neurones semblent se spécialiser dans l’intégration de flux d’informations, tandis que d’autres ont une activité spontanée élevée qui soutient un encodage rapide et flexible… par exemple, pour prendre une décision spécifique », explique Marie Carlén. Le problème, c’est que les étiquettes traditionnelles traitent le cortex préfrontal comme un ensemble de zones nommées, et les expériences ciblent souvent une seule étiquette. Les nouvelles cartes divisaient l’espace par modèles de tir, ce qui signifie qu’un module fonctionnel pourrait traverser deux zones nommées ou en diviser une. Dans leurs enregistrements, les réponses aux tons et les signaux de choix atterrissaient dans des territoires morcelés, rendant les frontières classiques beaucoup moins fiables. Si on ne change pas nos méthodes pour rapporter les localisations, les petits désaccords entre labos vont continuer à s’empiler.

Conclusion : Repenser la maladie mentale et l’avenir

Pourquoi est-ce que tout cela est important pour nous, simples mortels ? Parce que de nombreuses maladies mentales impliquent des problèmes de planification, de contrôle des impulsions ou de régulation des émotions — des fonctions longtemps liées au cortex préfrontal. Une grande analyse humaine montre désormais que ces troubles partagent des déficiences préfrontales communes, la sévérité des symptômes suivant de près une activité plus faible dans les circuits liés au contrôle cognitif.

Comme le souligne Marie Carlén : « Considérant que les déviations de la fonction du cortex préfrontal ont été liées à pratiquement tous les troubles psychiatriques, il est surprenant de voir à quel point on sait peu de choses sur la façon dont cette région fonctionne réellement. » C’est un constat assez humble, je trouve, et qui donne à réfléchir.

Ces découvertes, publiées dans la revue Nature Neuroscience, suggèrent que les modèles d’activité neuronale définissent les frontières fonctionnelles pratiques du cortex préfrontal bien plus précisément que l’apparence des tissus seule. Avec ces cartes basées sur l’activité, les chercheurs peuvent maintenant tester comment des modules préfrontaux spécifiques changent sous stress, sous drogues ou avec la maladie. Cela dit, gardons la tête froide : les auteurs nous mettent en garde. Les perspectives basées sur les souris ne peuvent pas prédire les symptômes humains à elles seules. Une traduction et une validation soigneuses resteront essentielles. Mais c’est un sacré pas en avant, vous ne trouvez pas ?

Selon la source : earth.com

Créé par des humains, assisté par IA.