Des scientifiques découvrent que votre cerveau n’était pas vide à la naissance

Le grand débat de l’ardoise vierge face au cerveau bouillonnant

Pendant de nombreuses années, une question fascinante a animé les débats scientifiques : naissons-nous avec un esprit vierge, semblable à une ardoise vide, ou notre cerveau traite-t-il déjà une quantité massive d’informations dès nos premiers instants ? L’idée d’une tabula rasa, une surface lisse sur laquelle les neurones ne commenceraient à écrire qu’après la naissance, s’oppose à celle d’une tabula plena, une ardoise déjà remplie qui continue d’être écrasée et réécrite au fil du temps.

Une récente étude menée sur des souris tout au long de leur vie vient éclairer ce mystère de manière inédite. Les observations suggèrent en effet que notre cerveau réduit ses connexions neuronales à mesure qu’il mûrit. En d’autres termes, un réseau spécifique de neurones commence son existence de manière extrêmement dense et chaotique, pour s’affiner et devenir nettement plus ordonné par la suite.

Bien qu’il soit évident que des recherches supplémentaires doivent être menées sur le cerveau humain, un constat se dégage de ces découvertes. La plupart d’entre nous ne conservent aucun souvenir de leur vie de bébé, mais nos cerveaux, eux, travaillaient déjà avec une intensité furieuse.

L’hippocampe sous le microscope des neuroscientifiques

Pour tenter d’apporter une réponse définitive à cette question fondamentale, une équipe de recherche dirigée par les neuroscientifiques Peter Jonas et Victor Vargas-Barroso de l’Institut des sciences et technologies d’Autriche (ISTA) s’est concentrée sur une zone bien précise : l’hippocampe. Il s’agit de la principale région du cerveau liée à la formation des souvenirs. Elle est tout bonnement essentielle à l’apprentissage et à la reconnaissance spatiale.

Les scientifiques ont ciblé leurs efforts sur le réseau de neurones CA3. Ces cellules nerveuses sont exclusives à l’hippocampe et possèdent la plasticité nécessaire pour encoder, stocker, rappeler et mettre à jour les souvenirs. Ce réseau stocke de grandes quantités d’informations par le biais des synapses, qui sont les espaces situés entre les nerfs à travers lesquels les messages sont transmis. Ces synapses se révèlent hautement plastiques et s’adaptent facilement au changement.

Des recherches antérieures avaient déjà suggéré que ces neurones étaient plutôt dispersés, et non pas densément concentrés. La façon dont ils se connectent les uns aux autres après la naissance faisait toutefois toujours l’objet d’investigations approfondies au sein de la communauté scientifique.

Deux modèles théoriques diamétralement opposés

Face à ce mécanisme de connexion post-natale, deux hypothèses s’affrontaient. D’un côté, le modèle de la tabula rasa avançait qu’il y aurait peu de connexions entre les neurones au départ, et que les synapses continueraient à se former au fil du temps. De l’autre côté, le modèle de l’élagage défendait exactement l’inverse : le cerveau naîtrait plein de synapses dont le nombre diminuerait progressivement, finissant par créer des connexions plus éloignées les unes des autres, mais beaucoup plus spécifiques.

« Les modèles de la tabula rasa et de l’élagage font des prédictions différentes sur la façon dont la connectivité va changer au fil du temps de développement », ont déclaré Peter Jonas et Victor Vargas-Barroso dans une étude récemment publiée dans la revue Nature Communications.

Les deux chercheurs ajoutent une précision cruciale concernant la structure même de cette zone cérébrale : « La connectivité synaptique dans l’hippocampe mature et les réseaux néocorticaux n’est pas aléatoire […] mais la façon dont [elle] est générée n’est pas claire. »

Des mesures électriques d’une précision microscopique

Afin d’observer le développement des synapses CA3 de la naissance jusqu’à l’âge adulte, l’équipe a étudié des souris à des stades de vie très précis. Les rongeurs ont été analysés peu après leur naissance (entre 7 et 8 jours), pendant leur adolescence (de 18 à 25 jours) et enfin à l’âge adulte (de 45 à 50 jours). Ces fenêtres temporelles correspondent aux périodes qui précèdent, accompagnent et suivent le moment où l’hippocampe démontre son plus haut niveau de plasticité.

Sur le plan méthodologique, les chercheurs ont utilisé la technique du patch-clamp. Cette méthode de pointe permet d’enregistrer et de mesurer avec une précision absolue les signaux électriques traversant les neurones. Grâce à ce dispositif, il a été possible de capter les signaux lorsqu’ils atteignaient différentes parties de la cellule.

L’enregistrement couvrait tout le trajet de l’influx nerveux : depuis les terminaux présynaptiques (les extrémités des neurones qui convertissent les signaux électriques en signaux chimiques en libérant des neurotransmetteurs) jusqu’aux dendrites. Ces dernières sont les extensions ramifiées qui réceptionnent les signaux pour les envoyer ensuite vers le soma, c’est-à-dire le corps même du neurone.

L’élagage des synapses : de l’abondance à la structure

L’analyse des enregistrements a livré des conclusions sans appel. Les souris naissaient avec une abondance impressionnante de connexions entre les neurones CA3. Ces connexions ont ensuite diminué à mesure que les animaux mûrissaient, les synapses CA3 devenant peu à peu plus structurées et nettement moins aléatoires. Les neurones CA3 matures se déclenchent par conséquent moins souvent que les immatures. Ces observations valident le modèle de l’élagage et indiquent que le réseau part bel et bien d’un état de tabula plena plutôt que d’une tabula rasa.

Les scientifiques ont relevé une autre caractéristique étonnante : les synapses individuelles étaient particulièrement fortes chez les jeunes souris, au point d’être capables de déclencher des pics à elles seules. Chez les animaux adultes, la dynamique s’inverse. De nombreuses entrées plus faibles doivent obligatoirement se combiner simultanément pour parvenir à déclencher un neurone.

L’analyse microscopique de ces mêmes neurones est venue conforter la théorie de l’élagage de manière visuelle. Avec le temps, les axones sont devenus plus courts et ont développé moins de points de ramification. Les dendrites, à l’inverse, se sont allongées et ont acquis une plus grande densité.

Perspectives pour la compréhension du cerveau humain

Il apparaît de façon assez évidente que le cerveau néonatal, du moins chez les souris étudiées, s’apparente bien plus à une tabula plena. De la naissance jusqu’à la phase adulte, le réseau neuronal CA3 situé au cœur de l’hippocampe est passé d’une configuration dense et aléatoire à une architecture plus espacée et solidement structurée.

La question de savoir si le cerveau humain subit exactement les mêmes processus reste encore en suspens. À l’heure actuelle, les mécanismes intimes qui pilotent cet élagage des synapses ne sont pas encore parfaitement compris à l’échelle cellulaire ni même moléculaire.

« Ces changements ont été interprétés comme une transition des calculs d’ordre supérieur de l’hippocampe », ont souligné les chercheurs à l’issue de leurs travaux. « De tels changements pourraient être liés à des transitions d’une connectivité CA3 dense [et] aléatoire vers une connectivité clairsemée [et] structurée. Un test direct de ces hypothèses nécessitera plus de travail dans l’hippocampe humain. » Une chose est certaine : vous n’avez peut-être aucun souvenir de votre petite enfance, mais cela ne signifie absolument pas que votre cerveau était vide à cette époque.

Selon la source : popularmechanics.com