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Anatomie du corps humain

Coupe sagittale de la tête par IRM avec colorisation de l'encéphale (cerveau, cervelet), du mésancéphale et de la moelle épinière. Document Wellcome collection.

Le système nerveux (II)

Étant donné son rôle clé et en particulier celui du cerveau, on ne sera pas étonné que la description du système nerveux, de ses performances et ses déficiences occupent trois à quatre fois plus d'espace que les autres descriptifs. Mais nous verrons qu'il reste tellement d'inconnues qu'il mériterait quelques pages supplémentaires.

Rappel historique

Les premières études du système nerveux et en particulier de l'anatomie du cerveau remontent aux travaux des médecins et anatomistse grecs Hérophile de Chalcédoine (c.330-250 avant notre ère) et Érasistrate (c.300-240 avant notre ère) de l'école d'Alexandrie. Ils décrivirent les hémisphères cérébraux, leurs cavités ou ventricules ainsi que les circonvolutions qui tapissent sa surface. Hérophile fit une distinction entre les nerfs et les vaisseaux sanguins et montra que les premiers sont issus du cerveau et de la moelle épinière.

On avait déjà découvert dans l'Antiquité l'existence des nerfs associés aux mouvements et aux sensations. Alors qu'Hippocrate (460-377 avant notre ère) et Aristote (384-322 avant notre ère) pensaient que le coeur était le siège de la pensée et des actions, au IIIe siècle avant notre ère, les érudits proposèrent que le cortex était le siège de l'intelligence. Mais il faudra attendre les études de l'anatomiste et médecin belge André Vésale (1514-1564) pour comprendre l'anatomie du cerveau et encore quelques siècles pour que les savants européens reprennent et dépassent les idées de l'école d'Alexandrie. Ce n'est qu'avec l'invention du microscope et de la coloration argentique au XIXe siècle que les neuroanatomistes découvrent ce qu'on appelera les neurones et leur rôle essentiel dans le système nerveux.

C'est l'histologiste et neuroscientifique espagnol Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) qui inventa le concept de neurones en étudiant des coupes histologiques du cervelet colorées par la méthode de Golgi (la "réaction noire" du nitrate d'argent). Il constata que les cellules nerveuses ne formaient pas un tissu continu mais étaient séparées par des espaces (les fentes synaptiques). En 1906, Cajal reçut le prix Nobel de neurophysiologie (de médecine) en même temps que le médecin italien Camillo Golgi (1843-1926) pour leurs travaux sur la structure du système nerveux.

En revanche, la compréhension du fonctionnement du cerveau fut plus lente et se développa surtout à partir du XVIIIe siècle grâce aux études physiologiques du médecin et physicien italien Luigi Galvani (1737-1798) et des physiologistes allemands Emil Du Bois-Reymond (1818-1896) et Hermann von Helmholtz (1821-1894). Ensuite, c'est en étudiant les effets des drogues sur les neurones que le physiologiste français Claude Bernard (1813-1878) posa les bases du concept de la neurotransmission. Enfin, l'invention de la radiographie et de l'informatique combinées aux scanners et à l'imagerie médicale dont l'IRM (l'imagerie par résonance magnétique) ont permis de faire progresser les neurosciences à grands pas même s'il reste encore beaucoup de mystères à résoudre.

Description

Beaucoup de rumeurs et d'idées fausses (cf. les résultats de ce sondage réalisé par Suzana Herculano-Houzel en 2002) ont été propagées à propos du cerveau et les chiffres les plus extravaguants continuent d'être publiés par des journalistes et des amateurs mal informés au point que Suzana Herculano-Houzel de l'Université de Rio de Janeiro s'est sentie obligée de rétablir la vérité sur ce sujet dans un passionnant article publié en 2009 dans la revue "Frontiers in Human Neuroscience" consacré au cerveau et à tous les clichés qui l'entourent. Nous y ferons plusieurs fois référence ainsi qu'aux travaux de ses collègues.

Le système nerveux est constitué d'un ensemble complexe de nerfs et de cellules spécialisées, les neurones, qui transmettent l'influx nerveux entre les différentes parties du corps et le cerveau. Soumis à une certaine tension et transmettant des signaux électriques, il représente en quelque sorte le câblage électrique du corps. Mais la comparaison s'arrête là car sa complexité va bien au-delà de cette analogie.

A voir : Anatomie de l'encéphale en IRM, IMAIOS

A gauche, le système nerveux. Au centre, l'anatomie fonctionnelle de l'encéphale sous différents angles et en coupe sagittale. A droite, image IRM de l'encéphale et la photo sans légende. Voici une autre image IRM colorisée par l'auteur. Documents Fotosearch, Peason Education et D.R.

Structurellement, le système nerveux central comprend deux parties : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). Le système nerveux central est composé de l'encéphale qui comprend le cerveau qui surplombe le trou cébéral, situé dans le prolongement de la moelle épinière et domine le cervelet situé à l'arrière du trou cérébral. L'ensemble est recouvert par les méninges - un feuillet de membranes protectrices -  comprenant la dure-mère située au contact du crâne, l'arachnoïde et la pie-mère (directement sur le cerveau). L'ensemble baigne dans le liquide céphalo-rachidien.

Le système nerveux périphérique comprend des neurones sensoriels, des ganglions (groupes de neurones) et des nerfs qui sont interconnectés et reliés au système nerveux central.

Fonctionnellement, le système nerveux se divise en deux principales composantes : la composante somatique ou volontaire et la composante autonome ou involontaire. Le système nerveux autonome régule certains processus du corps tels que la pression artérielle et la vitesse de la respiration qui fonctionnent sans effort conscient. Le système somatique se compose de nerfs qui relient le cerveau et la moelle épinière aux muscles et aux récepteurs sensoriels cutanés.

On parle parfois de "cortex" pour évoquer le cerveau. En fait, le mot approprié est encéphale. Le mot cortex est dérivé du mot latin signifiant "écorce" et par extension "enveloppe". Le cortex cérébral correspond à la substance grise périphérique qui enveloppe les hémisphères cérébraux. C'est l'ensemble de la structure superficielle qui présente les fameuses circonvolutions cérébrales ou gyri (gyrus au singulier), les lobes et sillons dont une description est donnée ci-dessous.

Schéma du cortex cérébral et des différentes régions des circonvolutions cérébrales délimitées en gyri, lobules (lobes) et sillons. Documents Pancrat

Le cortex comprend l'archicortex (dont l'hippocampe), le paléocortex (la partie la plus ancienne où se trouve le bulbe olfactif) et le néocortex (la partie superficielle des hémisphères cérébraux). Il est segmenté en plusieurs lobes selon leur localisation (frontal, pariétal, temporal et occipital) ainsi qu'en différentes aires (motrices, sensorielles, d'association, etc) définies par leur nombre de couches, le type de neurones et leur fonction.

Le cervelet ou "petit cerveau" est situé à l'arrière, sous le lobe occipital. Le cervelet pèse environ 154 g et représente environ 10% du volume ainsi que de la masse totale de l'encéphale mais comprend 50% de ses neurones (69 milliards). Il assure la régulation des fonctions motrices (coordination des mouvements et l'équilibre), il participe dans une moindre mesure aux fonctions cognitives du langage et émotionnelles (peur, plaisir, etc). Mais à part certains actes réflexes innés issus de notre héritage ancestral, il n'agit pas seul ni de manière autonome car il est sous le contrôle de fonctions cognitives supérieures émanant du cortex cérébral.

Anatomie du quatrième ventricule, du mésencéphale et du cervelet (gauche) et détail du mésencéphale (droite). Ce dernier comprend notamment les Colliculi ou tubercules quadrijumeaux, le pont et le bulbe rachidien. Document F.Netter/Medicine Key et Quizlet adapté par l'auteur.

Le mésencéphale ou encéphale moyen est la partie supérieure du tron cérébral. Il comprend les Colliculi ou tubercules quadrijumeaux, le pont et le bulbe rachidien ou moelle allongée qui relie le cerveau à la moelle épinière et assure la liaison nerveuse avec les autres parties du corps. Il régit des fonctions élémentaires (attention, habituation, sommeil, réveil, élimination, mouvements de la tête et du cou).

Notons qu'on parle de parenchyme cérébral pour différencier les tissus cellulaires ayant une activité physiologique ou fonctionnelle des tissus de soutien et de liaison.

Enfin, comme le sang irrigue nos cellules, le liquide céphalo-rachidien (LCR) baigne le cerveau et la moelle épinière. Il assure un rôle de protection à la fois mécanique et biologique. Comme le bilan sanguin, l'analyse biologique du LCR (étude cytologique, mise en culture et examen biochimique) est précieuse pour suivre l'évolution d'une maladie neurologique.

A voir : Système nerveux central et système nerveux périphérique, U.Lyon

Visualisation des nerfs individuels au microscope mésoSPIM

A gauche, neurones (vert) et astrocytes ou cellules gliales (rouge) dans l'hippocampe (il est situé dans la partie médiane du lobe temporal et intervient dans la mémoire et l'orientation spatiales). A droite, schéma d'un neurone. Documents Paul de Koninck/CERVO/U.Laval et dessin adapté de Wikimedia.

Jusqu'en 2009 il n'existait pas d'estimation directe du nombre de cellules dans le corps humain ni des neurones, raison pour laquelle les nombres les plus farfelus furent publiés dans la presse (comme par exemple que le cerveau contenait entre 100 et 300 milliards de neurones et 10 fois plus de cellules gliales, ce qui est faux).

Le cerveau humain ou encéphale pèse en moyenne 1400 g chez l'adulte pour un volume variant entre 1200 et 1500 cm3 et représente environ 2% du poids du corps. Dans un article publié dans le "Journal of Comparative Neurology" en 2009, Frederico A. Azevedo aujourd'hui à l'Institut Max Planck et ses collègues ont déterminé que le cerveau contient 86 milliards de neurones et 85 milliards de cellules non neuronales, les écarts étant respectivement de 7 et 24%. Le cortex cérébral pèse en moyenne 1233 g, il représente 82% de la masse cérébrale et contient 16 milliards de neurones soit seulement 19% des neurones du cerveau. Selon Azevedo, on observe la même proportion chez d'autres vertébrés dont plusieurs espèces de primates, chez les rongeurs et même chez les insectivores.

Il y a en moyenne 1000 synapses ou connexions neuronales par neurone bien que certains neurones n'établissent qu'une seule connexion. Il peut y avoir jusqu'à 25000 synapes par neurone soit un total de 25000 milliards de synapses. Le cerveau de personnes hautement créatives présente plus de connexions entre trois régions spécifiques du cerveau que les personnes moins créatives et ces trois régions sont activées en même temps.

Le cerveau contient également des astrocytes, également appelés cellules gliales, un nom dérivé du mot grec signifiant "colle". Ce sont des cellules en forme d'étoiles qui sont aussi nombreuses que les neurones. Dans un article publié dans le "Journal of Comparative Neurology" en 2016, l'équipe de Christopher S. von Bartheld de l'Université du Névada estima le rapport entre les astrocytes et les neurones inférieur à 1:1 avec un nombre oscillant entre 40 et 130 milliards d'astrocytes.

A gauche, culture in vitro d'astrocytes préparés par Axol Bioscience à partir de cellules souches hématopoïétiques CD34+ du sang de cordon de nouveau-né. Au centre, la relation entre un neurone et un astrocyte. A droite, image PET-scan de l'activité des astrocytes dans le cerveau (zones rouges et jaunes). Documents Axol, Freepng et U.Lausanne.

Jusqu'aux années 2000, on croyait que les astrocytes assuraient un rôle structurel en soutenant les neurones mais on ignorait leur fonction. En réalité, comme l'ont confirmé les études du Pr Luc Pellerin de l'Université de Lausanne (CH) et ses collègues (cf. L.Pellerin et al., 2004, 2005, 2007, 2013, 2017), ils assurent le soutien métabolique et modifient l'activité des neurones.

Une de leurs fonctions est de maintenir la qualité de l'environnement du neurone ainsi que de fournir des nutriments et de l'énergie aux neurones. Les astrocytes puisent le glucose dans le sang et le métabolisent en lactate qui sera consommé par les neurones (cf. L.Pellerin et al., 2006). Ils participent également à la défense immunitaire, à la réparation et à la cicatrisation du cerveau ou de la moelle épinière après une lésion.

On peut facilement observer l'activité métabolique des astrocytes en injectant un marqueur radioactif qui met en évidence leur consommation de glucose comme on le voit ci-dessus à droite.

Tout dommage aux astrocytes, y compris suite à une infection virale comme la Covid-19 peut potentiellement engendrer des maladies neurologiques (voir plus bas). Sachant que les neurones peuvent dégénérer ou disparaître suite à ces maladies, des chercheurs ont mis au point un coktail de médicaments permettant de transformer des astrocytes foetaux humains en nouveaux neurones qui développent des structures complexes après quatre mois (cf. G.Chen et al., 2019). Le remède est toujours en phase de test et n'est donc pas encore commercialisé.

Le connectome cérébral représente l'ensemble du réseau de connections nerveuses du cerveau. A gauche, connectométrie (représentation circulaire) des aires cérébrales complétée par des mesures des faisceaux. Chaque arc représente une aire corticale et les couches concentriques représentent les mesures de ces aires. Les cinq autres images sont des neuroimages de l'architecture des fibres de substance blanche (ou connectome) d'un cerveau humain obtenues par scanner dIRM (IRM du tenseur de diffusion ou DTI). Au-dessus au centre, vue générale et d'en haut des voies de la substance blanche. A droite, vue de profil des voies du corps calleux et du tronc cérébral. En dessous à gauche, la combinaison complexe de voies du tronc cérébral, de rayonnement thalamique et de fibres d'association courtes. Au centre, des projections du tronc cérébral au cortex et le corps calleux vus de haut. A droite, des voies allant du tronc cérébral au cortex et aux connexions interhémisphériques. Les fibres sont codées par couleur et par sens : bleu = supérieur-inférieur, vert = antérieur-postérieur, rouge = gauche-droite (RGB=XYZ). Documents J.D. Van Horn et al. (2012), MIT et Human Connectome Project/USC.

Substance grise et substance blanche

On associe parfois l'intelligence avec la matière grise ou les méninges. En fait c'est un abus de langage et une simplification extrême des fonctions du cerveau. Rappelons que la matière ou substance grise correspond aux neurones tandis que la matière ou substance blanche correspond aux axones et aux cellules de soutien. Le cerveau étant constitué de 78% d'eau, de protéines, de vitamines et 1% de sucre, ce sont donc les 22% de substances grise et blanche, soit entre 200 et 400 grammes de matière selon les individus qui assurent l'essentiel du travail. On ne peut que saluer le génie et le sens de l'économie de dame Nature.

Le cortex ou substance grise est le lieu des opérations mentales et du stockage des informations. Elle est composée de milliards de corps cellulaires neuronaux, c'est-à-dire les régions des neurones qui intègrent les informations. 

En dessous se trouve la substance blanche. Chez l'être humain, elle remplit près de la moitié du cerveau, une proportion beaucoup plus élevée que chez les autres animaux. La substance blanche est restée longtemps méconnue. Elle représente le "câblage" du cerveau; elle contient des milliards d'axones qui assurent le transfert des influx nerveux entre les neurones et les cellules gliales (cellules de soutien).

Les axones sont entourés de myéline, un substance grasse et blanche dont on a longtemps cru qu'elle jouait simplement un rôle d'isolant. On sait aujourd'hui que l'influx nerveux se propage 100 fois plus vite le long des axones quand ils sont enveloppés de myéline qui peut comprendre de 10 à 100 feuillets concentriques autour de chaque axone. Ce nombre varie selon le diamètre de l'axone et obéit au rapport de 0.6. On ignore comment l'organisme sait qu'il doit avoir un certain nombre de couches isolantes en fonction du diamètre de l'axone.

La moelle épinière et la communication nerveuse

Le système nerveux central communique avec son système périphérique ainsi qu'avec les organes et les membres grâce à la moelle épinière. Elle mesure entre 42 à 45 cm, inférieure à la longueur du canal vertébral qui la contient. Sa partie supérieure ou rostrale affleure au niveau du trou occipital du crâne qui marque la limite avec le bulbe rachidien. Au niveau de la première vertèbre lombaire, le diamètre de la moelle épinière diminue rapidement, formant un cône terminal dont l'extrémité inférieure appelée caudale se situe à peu près au niveau de la deuxième vertèbre lombaire. Toutefois, la moelle épinière reste attachée au canal vertébral par un filament très mince appelé le filum terminale qui ne contient plus aucun éléments nerveux mais est entouré d'une partie des enveloppes méningées. 

D'apparence interne continue, en réalité la moelle épinière est segmentée (métamérisée), possédant autant de segments qu'il y a de paires de racines motrices ou sensitives, soit 31 chez l'être humain (contre 500 chez les serpents).

Illustrations d'une synapse au niveau de la fente synaptique séparant deux neurones lors de la libération de neurotransmetteurs (sérotonine ou dopamine). Documents Dreamstime adapté par l'auteur et Sebastian Kaulitzki/Shutterstock.

Les neurones sensoriels réagissent aux stimuli physiques tels que la lumière, la chaleur, le son et le toucher (la pression) et envoient des informations au système nerveux central sur l'environnement du corps. L'activité des muscles ou des glandes est assurée par les motoneurones situés dans le système nerveux central ou dans les ganglions périphériques.

Le processus de communication qui assure la transmission d'un signal bioélectrique entre un nerf situé dans un organe sensoriel (par exemple à la surface de la peau) et le cerveau est appelé influx nerveux et ne prend généralement qu'une fraction de milliseconde. Lors de la contraction d'un muscle, les signaux voyagent le long d'un motoneurone alpha dans la moelle épinière à la vitesse de 431 km/h; c'est la transmission la plus rapide dans le corps humain et elle semble relativement stable au cours de l'évolution.

Les nerfs sont des faisceaux cylindriques de fibres qui partent du cerveau et de la moelle épinière et se ramifient vers toutes les autres parties du corps. Les neurones envoient des signaux à d'autres cellules à travers des fibres minces appelées axones qui provoquent la libération de substances chimiques appelées les neurotransmetteurs par les extrémités des dendrites nerveuses appelées synapses.

A gauche, anatomie et localisation des ganglions de la racine dorsale (DRG) en périphérie et à l'extérieur de la moelle épinière. Au centre, anatomie de la moelle épinière. A droite, transmission synaptique de l'influx nerveux entre l'organe sensoriel (par ex. les récepteurs cutanés) et l'organe effecteur (muscle ou glande). Documents Larousse, Centre de référence Syringomyélie et Larousse.

Les connexions et la capacité de réflexion du cerveau se sont développées au cours de centaines de milliers d'années d'évolution. On retrouve par exemple les traces de virus ancestraux dans le génome des animaux à quatre membres dont l'être humain. Le code génétique de ces virus assure la transmission de l'information entre cellules nerveuses et participent également à la mémorisation parmi d'autres fonctions aujourd'hui essentielles à la survie des humains.

Neurogenèse

A quel âge "perd-on ses neurones" ? Cela sous-entend qu'il existerait un stock de neurones acquis à la naissance et un âge où le cerveau n'en fabrique plus. Mais contrairement à ce qu'on pensait jadis, on ne nait pas avec un stock de neurones qui dégénèrent au fil du temps. An contraire, on génère de nouveaux neurones tout au long de sa vie.

Dans un article publié dans la revue "Cell" en 2013, Kirsty L. Spalding de l'Institut Karolinska de Stockholm, en Suède, et ses collègues ont calculé que le cerveau d'un adulte formait 700 nouveaux neurones chaque jour. Toutefois, ce résultat fut contredit par une autre étude publiée par Arturo Alvarez-Buylla de l'UCSF et ses collègues dans la revue "Nature" en 2018, qui montra que le nombre de nouveaux neurones déclinait dès l'enfance jusqu'à devenir indétectable à l'âge adulte.

Mais en 2019, María Llorens-Martín et ses collègues de l'Université autonome de Madrid confirmaient à nouveau la réalité de la neurogénèse. Dans un article publié dans la revue "Nature Medecine", les chercheurs ont analysé des échantillons d'hippocampe, la partie du cerveau impliquée dans l'apprentissage, la mémoire et les émotions, de 13 personnes âgées entre 43 et 97 ans venant juste de décéder. Leurs résultats montrent que la neurogénèse est continue même si elle tend à ralentir avec l'âge. Selon les chercheurs, chaque année nous fabriquons 300 neurones de moins par millimètre cube. Même les hippocampes de patients atteints de la maladie d'Alzheimer (voir plus bas) et âgés entre 52 et 97 ans montraient des traces de neurones nouvellement formés, y compris chez la personne de 97 ans. Toutefois leur nombre diminuait drastiquement (de 30% en moyenne) dès les premiers stades de la maladie.

Le système nerveux entérique (SNE)

Le cerveau n'est pas le seul organe à contenir des neurones. Il existe également ce qu'on appelle le système nerveux entérique (SNE) ou périphérique. Il s'agit d'une partie du réseau nerveux autonome qui communique avec le système nerveux central grâce à ses propres circuits neuronaux. On le retrouve dans la paroi intestinale (~500 millions de neurones soit autant que dans le cortex d'un macaque rhésus) où il est surnommé le "cerveau du ventre" et dans le coeur (~40000 neurones) où il est surnommé le "petit cerveau du coeur" et vient renforcer l'expression de Blaise Pascal "le coeur à ses raisons que la raison ne connaît pas". Le rôle de l'un et de l'autre sont encore sous-estimés mais nous savons qu'il est important pour l'état général de notre santé.

Schéma du système nerveux entérique (SNE) ou périphérique, surnommé le "cerveau du ventre". Document E.Marsaud.

Contrairement à son surnom, le "cerveau du ventre" enveloppe tout le système digestif et pas seulement les intestins. Les scientifiques connaissent son existence depuis des années, mais avant les années 2000 on n'en savait pas beaucoup plus.

La connexion entre le "cerveau du ventre" et le cortex est permanente et bidirectionnelle et s'établit principalement par les voies nerveuses sympathiques (nerfs splanchniques) et parasympathiques (nerfs vagues) du système nerveux autonome.

Le SNE contrôle et régule l'activité du tractus gastro-intestinal par ce que consciemment on considère comme étant des actes réflexes. Il se compose de deux principaux centres nerveux, le plexus ganglionnaire ou sous-muqueux (plexus de Meissner) situé tout le long du tube digestif qui contrôle la motricité, et le plexus myentérique (plexus d'Auerbach) qui contrôle les sécrétions comme illustré à gauche. L'ensemble agit par exemple sur la contraction synchronisée des muscles lisses pour assurer le transit du bol alimentaire (cf. N.J.Spencer et al., 2018), le contrôle des vomissements, le taux des sécrétions hydroélectrolytiques de la muqueuse ou la circulation sanguine, à la fois en physiologie et en physiopathologie et ce, indépendamment du système nerveux central.

Le SNE contrôle également la barrière épithéliale intestinale. Le rôle de cette barrière est une fonction vitale du tube digestif car il doit à la fois permettre le passage de nutriments à travers l'intestin mais aussi empêcher le passage d'agents pathogènes ou toxiques dans le corps.

Il existe un troisième centre nerveux dans la muqueuse intestinale appelé le plexus d'Isawa qui interagit avec le microbiote intestinal. On y reviendra.

D'une façon générale, les messages issus des neurones des intestins assurent deux fonctions importantes. Ils fournissent un retour sensoriel aux réflexes locaux qui modulent en permanence l'activité motrice des différents viscères. Ensuite, ils informent les centres supérieurs (cerveau) des conditions ambiantes.

Le SNE entretient également des relations étroites avec le système immunitaire. Le système digestif concentre entre 70 et 80% des cellules du système immunitaire. Il semble diriger en grande partie le système de défense de l'organisme. Le système digestif représente également un sujet d'étude pour la neuro-immunologie.

Le "cerveau du ventre" produit plus de 30 neurotransmetteurs dont l'acétylcholine, la dopamine et la sérotonine. Près de 95% de la sérotonine produite réside dans l'intestin ainsi qu'environ 50% de la dopamine et prennent part aux échanges entre le cerveau et l'intestin via le nerf vague. Pour rappel, la sérotonine est un neurotransmetteur, parfois aussi appelé "l'hormone de la sérénité" qui régule de nombreuses fonctions dont l'humeur et le comportement.

Le SNE est également présent chez d'autres animaux comme les souris où il peut plus facilement être étudié. Les dernières études ont permis aux chercheurs de cataloguer 12 types différents de neurones dans le système nerveux entérique de la souris. Cette connaissance fondamentale ouvre un grand nombre de voies vers de nouvelles expériences et découvertes.

Schéma du système nerveux entérique (SNE) ou périphérique. Document D.R.

Le "cerveau du ventre" influe grandement sur le fonctionnement de notre corps. Le système digestif travaille quotidiennement pour assurer la fonction métabolique, mais il est également soumis à des fluctuations fonctionnelles et aux émotions. Par exemple, les symptômes digestifs et l'anxiété peuvent être comorbides et le fonctionnement de l'intestin est fortement affecté par le stress. Les scientifiques pensent qu'une meilleure compréhension de ce qui se passe dans le SNE pourrait conduire à de meilleurs médicaments et traitements pour une variété de conditions, ainsi qu'à une meilleure connaissance du lien entre le SNE et le système nerveux central.

Dans une étude publiée dans la revue "Nature Neuroscience" en 2021, Ulrika Marklund de l'Institut Karolinska de Stokholm, en Suède, et ses collègues ont séquencé l'ARN unicellulaire pour profiler le SNE en développement et juvénile. Ils ont découvert un nouveau modèle de diversification neuronale dans le SNE. Ils ont également établi une nouvelle taxonomie moléculaire des neurones entériques basée sur une pléthore de marqueurs moléculaires.

La diversification neuronale se produit dans tous les organismes possédant des neurones. À l'instar des cellules souches, les neurones se développent d'abord sous forme de cellules génériques puis se spécialisent. Le cerveau humain dispose de plusieurs types de neurones comme les neurones sensoriels et moteurs, dont chacun présente des sous-types. Il y a tellement de sous-types que les scientifiques ne savent pas encore comment les cataloguer de manière exhaustive.

Les neurones apparemment du même type sont différents dans le cerveau par rapport à ceux du tronc cérébral ou de ceux du système digestif. Pour comprendre leur rôle, les chercheurs ont donc dû retracer le développement de ces différents types de neurones. Ils ont étudié leur ARN, qui détermine comment l'ADN est exprimé dans les cellules afin de suivre la formation et l'évolution des neurones. Ils ont constaté que certaines spécialisations émergent in utero tandis que d'autres apparaissent par la suite.

Grâce à une coloration avec des marqueurs spécifiques, les chercheurs ont pu relier les douze classes de neurones aux caractéristiques moléculaires des différents types de neurones entériques fonctionnels, les classant ainsi en neurones moteurs excitateurs et inhibiteurs, interneurones et neurones afférents primaires intrinsèques.

Utilisant un protocole plus précis et de nouvelles données, les chercheurs ont pu confirmer et compléter leurs connaissances sur les neurones du SNE de la souris. Reste à présent à découvrir quel est le rôle de chacun des douze types de neurones du SNE. Pour y parvenir, les chercheurs vont isoler les différents types de neurones puis les activer et les désactiver un par un à l'aide d'informations génétiques afin d'essayer d'identifier ce qui manque à la fonction du SNE de la souris. L'étude de ces gènes pourrait conduire à de nouveaux traitements utilisant des cellules souches ou de l'ARN pour contrôler l'expression de gènes délétèrent pour l'organisme.

A voir : Le cerveau du coeur - Le cerveau du ventre

Enfin, entre le cerveau et l'intestin intervient un troisième acteur, le microbiote intestinal. Il interviendrait dans la communication entre l'intestin et le cerveau et jouerait ainsi un rôle dans le fonctionnement cérébral et indirectement sur les fonctions de l'organisme, au-delà de ses rôles métaboliques et de barrière vis-à-vis des agressions extérieures. On en déduit qu'en cas de déséquilibre, le microbiote intestinal pourrait jouer un rôle dans de nombreuses maladies neurodégénératives (Parkinson, Alzheimer, etc.) et psychiatriques.

Ce microbiote pourrait aussi agir sur le stress, l'anxiété ou la dépression. Ainsi, chez des souris axéniques (sans microbiote intestinal), une étude a montré une hypersensibilité au stress avec une augmentation de la concentration sanguine de la corticostérone, l'hormone du stress chez les rongeurs (équivalente au cortisol chez les humains). En corollaire, d'autres études ont montré que l'administration de bactéries probiotiques à des rats et des souris permettait d'atténuer la libération de corticostérone provoquée par des situations stressantes. Enfin, des études ont également constaté des modifications de la composition du microbiote intestinal chez les rongeurs présentant un comportement dépressif.

La nature et la qualité du microbiote intestinal ont également été étudiées chez les patients dépressifs. Des chercheurs ont comparé la composition du microbiote intestinal de 37 dépressifs à un groupe témoin de 18 individus. Le microbiote interstinal des personnes dépressives affiche une sous-représentation de certaines bactéries et une sur-représentation d'autre espèces. L'ensemble de ces recherches indique que le microbiote intestinal influence nos comportements et notre réactivité émotionnelle. On reviendra sur ce sujet à propos du système digestif.

La nature des yeux

Si les yeux sont des organes sensoriels, ils sont en fait une extension spécialisée du cerveau. En effet, les signaux lumineux du monde extérieur sont convertis en signaux électriques au niveau de la rétine puis sont transmis via le nerf optique et le tractus optique dans la région du corps genouillé latéral situé près de l'hypothalamus (au centre du cortex) puis acheminés par le réseau de radiations optiques vers l'aire spécialisée de la vision située à l'arrière du cerveau, dans le cortex visuel où l'information est traitée.

A voir : Reconstruction d'images naturelles par fIRM, KamitaniLab, 2017

Reconstruction d'images géométriques par fIRM, KamitaniLab, 2017

Movie reconstruction from human brain activity - fIRM, 2011

A gauche, les différentes voies optiques (consciente via les radiations optiques, circadienne via l'hypothalamus et photomotrice via le colliculum supérieur). Au centre, structure de la rétine entre l'humeur aqueuse (en bas et non visible) et l'épithélium pigmentaire situé juste avant la choroïde. Les cônes et les bâtonnets sont photosensibles et situés sur la partie postérieure de la rétine. La lumière va de bas en haut. Les cellules doivent donc être transparentes. L'influx nerveux se propage de haut en bas, jusque qu'aux fibres nerveuses qui rejoignent le nerf optique. A droite, comme Kimberly Alexis Bledel ou Christina Aguilera, toutes les personnes ayant des yeux bleus ont un ancêtre commun qui vivait il y a 18000 ans (cf. la mutation des yeux chez l'Homo sapiens). Leurs gènes présentent quatre allèles bleus. Documents Paul de Koninck/CERVO/U.Laval, Helga Kolb adapté par l'auteur et Best Wallpaper.

Aujourd'hui, grâce à des techniques d'imagerie RMI très élaborées, il est possible de visualiser l'image du monde que le cerveau reconstruit. Comme on le voit dans les vidéos ci-dessous, si l'image est encore floue et peu détaillée, globalement on reconnaît la couleur et la forme de l'objet que l'individu regarde. Dans le futur, on pourra peut-être reproduire l'image de ce que nous avons mémorisé.

Contrairement à ce que dit la rumeur, les yeux clairs ne sont pas plus sensibles à la luminosité ou ne vieillissement pas prématurément  que les yeux sombres. En revanche, l'oeil dispose de deux couches de pigments dont une superficielle qui donne la couleur à l'iris et une plus profonde qui est toujours sombre. Si cette deuxième couche est dépigmentée ou abîmée, l'oeil devient plus fragile et hypersensible à la luminosité. Mais cela n'a rien à voir avec la couleur des yeux.

L'intelligence

Qu'est ce que l'intelligence ? C'est la faculté de comprendre, de s'adapter, de connaître, de mémoriser et l'ensemble des fonctions cognitives et motrices qui l'accompagne. En Occident on a tendance voire on oppose l'intelligence rationnelle à l'intuition et aux sensations par nature subjectives. Mais certains évènements nous ont démontré que tout ne s'explique pas par la déduction et la méthode scientifique. Il existe des phénomènes physiques totalement incompréhensibles avec lesquels il faut bien composer comme les paradoxes de la physique quantique, certains phénomènes paranormaux, les maladies psychosomatiques ou les grandes questions métaphysiques. A l'évidence soit nous n'avons pas toutes les données pour les comprendre soit nous sommes tous des imbéciles et n'avons pas la faculté de les comprendre. Pour nous rassurer, disons qu'en être conscient est déjà un signe d'intelligence !

En 1905, Alfred Binet et Théodore Simon proposèrent une échelle métrique de l'intelligence pour estimer le degré de développement intellectuel de l'enfant. Cette méthode conduira au test de quotient intellectuel de Stanford-Binet (1916) et à la création d'une nouvelle échelle métrique de l'intelligence par René Zazzo (1966). 

Il existe plusieurs formes d'intelligence : logico-mathématique, spatiale et visuelle, verbale, linguistique, musicale, corporelle, etc. On connaît des scientifiques très doués pour les maths mais qui sont très maladroits quand ils doivent s'exprimer oralement ou bricoler. D'autres sont à l'aise en physique et sont également musiciens mais peu doués pour les maths. D'autres sont doués pour le sport mais ne portent aucun intérêt à la littérature. Des génies du verbe peuvent être incapables d'apprécier les mathématiques. Certaines personnes mémorisent facilement leur environnement et n'ont pas besoin de cartes. D'autres reproduisent la mélodie d'une chanson au premier son et quelques rares personnes sont capables d'apprendre une langue difficile en un mois. Selon le cas, on les appelle des génies, des surdoués, des autistes Asperger ou tout simplement des personnes très intelligentes.

S'il fallait encore le souligner, nous verrons plus bas que le volume du cerveau n'a rien à voir avec l'intelligence. Et pour caricaturer la situation rappelons que les enfants surdoués sont bien plus intelligents que la plupart des adultes ! On y reviendra.

On qualifie une personne de génie ou surdouée à partir d'un QI de 130. D'ailleurs cette personne révélera ses talents dès 3-4 ans et il arrive qu'un génie se retrouve sur les bancs de l'université à 12 ou 15 ans. En 2018, Laurent, un enfant surdoué vivant en Belgique ayant un QI de 145 a même obtenu son bac à 8 ans !

Mais le fait d'avoir un faible résultat à un test de QI ne signifie pas que la personne concernée est stupide ou incapable de raisonner. En revanche, c'est un indice qu'elle pourrait plus se fier à son instinct qu'au raisonnement ou faire moins d'efforts pour résoudre un problème et donc moins s'adapter aux circonstances. Si on ne lui explique pas son erreur ou si on ne la rassure pas sur ses capacités, c'est une arme fatale pour son moral qui peut contribuer à lui faire perdre confiance en ses capacités et qui peut s'ajouter à d'autres facteurs pour provoquer une déprime ou un abandon voire conduire éventuellement à une dépression.

En 2018, les résultats d'une étude génétique conduite auprès de 248482 personnes à travers le monde par une équipe de chercheurs dirigée par William David Hill de l'Université d'Edimbourg furent publiés dans la revue "Molecular Psychiatry". Les chercheurs annoncèrent avoir identifié 538 gènes liés à l'intelligence dans 187 loci (régions du génome) associés aux facultés intellectuelles. Les gènes associés sont fortement exprimés dans le cerveau, en particulier dans les neurones épineux moyens striataux (le système des ganglions de la base comprenant le striatum) et dans les neurones pyramidaux de l'hippocampe, tous deux situés dans les profondeurs du cerveau, non loin du corps calleux qui relie les deux hémisphères, comme illustré ci-dessous à gauche.

Toutefois, il est très difficile de préduire l'intelligence d'une personne à partir de son génome. En analysant l'ADN d'une même population, on peut seulement prédire 7% des différences d'intelligences entre les individus.

Selon une étude publiée en 2013 dans la revue "Current Biology" par Ian J. Deary de l'Université d'Edimbourg (qui est aussi coauteur de l'étude génétique précitée publiée en 2018), le génome ne contribue qu'à environ 50% de l'intelligence d'une personne, une valeur plus faible chez l'enfant (40% à 9 ans) que chez le jeune adulte (65% à 17 ans) ou l'adulte (70-80%). En effet, une bonne partie des aptitudes intellectuelles dépendent également de l'environnement. De plus, on constate aussi que les enfants bien nourris, en sécurité, bien éduqués et vivants dans un environnement non pollué et stimulant obtiennent de meilleurs résultats aux tests de QI que les enfants qui en sont privés.

Les résultats d'une étude de psychologie conduite auprès de couples par Plomin et Deary publiés dans la revue "Molecular Psychiatry" en 2014 montrent également que l'intelligence liée aux capacités cognitives et d'apprentissage est corrélée génétiquement dans ~60% des cas contre ~30% des cas avec le phénotype. Les couples sont intellectuellement assortis dans 40% des cas alors que le physique (taille et poids) contribue à ~20%, les autres caractéristiques comportementales telles que la personnalité et la psychopathologie ne représentant que ~10%. Bref, contrairement à ce que prétend la rumeur, on préfère l'intelligence de sa compagne ou compagnon à son apparence ou sa personnalité. Mais soulignons aussi que le facteur financier ou de réputation n'est jamais pris en compte dans ces études. Or personne ne peut nier qu'il joue un rôle, généralement faible quand on est jeune mais qui peut parfois être prédominant ou même essentiel dans certaines cultures (USA, Japon).

Certains parmi ces gènes déterminant l'activité cognitive sont également liés à d'autres processus biologiques comme la longévité ou certaines maladies cognitives au sens large. Plomin et Deary confirment les études antérieures ayant montré les fortes corrélations génétiques sur la santé. Ainsi, il existe des effets protecteurs de l'intelligence pour la maladie d'Alzheimer, le TDAH (Trouble de déficit de l'attention / hyperactivité) et des rétroactions en ce qui concerne la schizophrénie. Ces résultats sont importants pour mieux comprendre la fonction cognitive ainsi que des troubles neurologiques et psychiatriques d'origine génétique.

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Intelligence, savoir et imagination

On peut être intelligent et même doué et bien éduqué tout en étant inadapté et se sentir oppressé par la société. À part l'effet d'une maladie génétique ou d'une phobie, en général c'est le signe d'un développement intellectuel et/ou affectif perturbé. Bien sûr on peut être tout à fait équilibré et sociable tout en préférant le calme de la vie à la campagne à la frénésie et au bruit de la vie urbaine.

Nous verrons à propos de la philosophie des sciences que pour que l'individu développe harmonieusement tout son potentiel cognitif, affectif et social, il est nécessaire qu'il bénéfice d'une éducation harmonieuse et intellectuellement enrichissante dès la prime enfance.

Pour éviter d'être influencé par des idées préconçues et par le piège des réponses intuitives parfois totalement fausses, chaque individu doit apprendre très tôt dans son éducation à être rationnel et raisonner logiquement en développant notamment son sens critique. S'il y a quelques décennies des philosophes ont fixé l'âge de raison à 6 ans, on sait aujourd'hui que c'est totalement faux sur le plan biologique.

Pour parvenir à vivre en société, à tenir un discours cohérent et à résoudre des problèmes, l'enfant doit être correctement encadré pour l'encourager quand il réussit et corrigé positivement quand il se trompe. Mais il faut également lui laisser la liberté d'être curieux, de poser des questions, de refuser les acquis et les connaissances péremptoires et le laisser imaginer des solutions alternatives pour résoudre des problèmes. Ce sont des facultés que les artistes, les théoriciens et les scientifiques notamment ont le don de développer. Ce sera plus facile et même encouragé dans une société démocratique. Sur les plans affectif et social, il faut aussi apprendre à l'enfant les valeurs morales de la liberté, de la tolérance et de la compassion notamment, des principes fondamentaux et des émotions qui sont inhibées ou qui se perdent avec l'âge mais qu'il faudrait préserver tout au long de la vie.

Quel pourcentage de notre cerveau utilisons-nous ?

Selon la rumeur nous n'utiliserions que 10% de notre cerveau. C'est totalement faux et Suzana Herculano-Houzel précitée a également rétabli la vérité sur ce sujet. En fait, chacun de nous utilisons toutes les capacités de notre cerveau mais à des degrés différents. Les différences se situent dans la manière dont chacun exploite son intelligence. Mais certaines personnes sont favorisées (tout est relatif) et présentent des aptitudes innées, des dons pour certaines formes d'intelligence.

Images IRM du cerveau. Document iStock.

D'où vient ce mythe des 10% ? Il n'est pas clair de savoir comment ce mythe est né, mais il existe plusieurs sources possibles.

Dans un article publié en 1907 dans la revue "Science", le psychologue et auteur William James affirmait que les humains n'utilisent qu'une partie de leurs ressources cérébrales. Cependant, il ne précisait pas de pourcentage ni démontra ce qu'il prétendait. Grossière erreur de la part d'un scientifique.

Cette valeur de 10% est référencée dans le livre de Dale Carnegie "How to Win Friends and Influence People" publié en 1936. Le mythe fut décrit comme une expression qu'un professeur d'université enseignant à l'auteur avait l'habitude d'utiliser. 

Certains scientifiques pensaient également que les neurones représentaient environ 10% des cellules du cerveau. Cela a peut-être contribué au mythe des 10%.

Ce nombre facile à retenir a entretenu le mythe qui fut répété dans des articles de vulgarisation, des programmes télévisés et des films, ce qui explique pourquoi il est si largement répandu et que beaucoup de personnes croient encore à ce cliché suranné.

Enfin, parmi les autres rumeurs il y a l'idée que plus on est intelligent ou concentré, plus on fait travailler l'ensemble de notre cerveau. C'est totalement faux car c'est tout le contraire ! En effet, des études en neurosciences conduites à l'Université de Californie à Irvine ont montré que plus une personne est efficace moins elle utilise la totalité de son cerveau. Au contraire, c'est lorsqu'une personne ne pense à rien et est en "mode veille" que l'ensemble de son cerveau est le plus sollicité. Autrement dit, pour obtenir un résultat optimisé, c'est-à-dire la réponse la plus adéquate dans un minimum de temps (par exemple résoudre un casse-tête), le cerveau n'utilise que la quantité strictement nécessaire de neurones, bref il optimise la réponse de ses circuits. Ce n'est donc pas sans raison que les personnes très intelligentes résolvent rapidement des problèmes ou passent deux fois moins de temps à leurs examens que leurs collègues.

La taille du cerveau

Selon une rumeur, le volume du cerveau conditionnerait l'intelligence. Les neurologues savent depuis longtemps que cette affirmation est fausse. Si nous prenons les plus grands animaux existants comme l'orque et l'éléphant d'Afrique, on estime que malgré leur grande taille, le cerveau de ces animaux contiendrait environ 11 milliards de neurones (cf. Roth et Dicke, 2005 et Suzana Herculano-Houzel, 2009). Toutefois, ces valeurs sont très approximatives.

Si nous comparons la taille du cerveau du singe, de l'Australopithèque et des ancêtres de l'Homo sapiens au nôtre (cf. ce schéma), la différence s'est marquée par une évolution de l'intelligence. En revanche, si nous comparons les cerveaux d'individus au sein de la même espèce ou d'une même population, que la personne soit physiquement petite ou grande n'a aucun impact sur son intelligence. Quant aux critères heugénistes, on nage en pleine pseudoscience !

Ce n'est pas le volume du cerveau qui indique le niveau d'intelligence car dans ce cas les cétacés seraient des créatures surdouées, mais le nombre de neurones et de connexions synaptiques entre les neurones et la souplesse de leur adaptabilité combinés aux facultés motrices et sensorielles.

Il existe des exemples flagrants contredisant l'idée que la taille du cerveau est importante. Pour cela il suffit de se demander si on peut vivre normalement sans cervelet ou avec 10% de son cerveau ?

Comme on le voit ci-dessous à gauche, une femme chinoise de 24 ans se plaignant d'avoir des difficultés pour parler et marcher correctement apprit en 2014 qu'elle vivait sans cervelet. Il faut savoir que toute lésion du cervelet entraîne des difficultés de langage et de locomotion et peut aussi affecter les réactions face à la peur et le plaisir. Actuellement on ne connaît que 9 personnes vivant sans cervelet.

A gauche, CAT-scan du cerveau d'une femme chinoise de 24 ans qui révèle l'absence de cervelet. En 2014, la femme se plaignait d'avoir des difficultés pour parler et marcher. Au centre, un cerveau témoin normal. A droite, image IRM du cerveau du patient français alors âgé de 44 ans dont 90% du volume de sa boîte crânienne est remplie de liquide céphalo-rachidien ! Son cerveau est compressé en périphérie. L'homme n'éprouve pas de difficulté intellectuelle. Son quotient intellectuel est de 75, soit 25% en dessous de la moyenne. Documents F.Yu et al. (2014), Zephyr/Science Photo Library et L.Feuillet et al. (2007).

Quelques rares personnes dans le monde vivent avec une boîte crânienne amputée de 90% du volume du cerveau. Comme illustré ci-dessus à droite, un Français vit avec un cerveau réduit à 10% de son volume normal depuis sa naissance (le cerveau est plaqué contre la paroi du crâne par le liquide céphalo-rachidien) et n'éprouve aucune difficulté intellectuelle, motrice, sociale ou émotionnelle (les seuls problèmes qu'il connut ce fut à 14 ans quand on lui pompa le liquide céphalo-rachidien a priori inutile mais qui s'avéra finalement nécessaire à sa bonne santé). Son quotient intellectuel est toutefois de 75 mais n'est pas considéré comme une déficience mentale.

Une femme française vit également de cette façon mais éprouve tout de même de légères déficiences motrices et intellectuelles mais son handicap n'a pas été reconnu. Cette personne communique comme vous et moi, y compris sur les réseaux sociaux.

Depuis, d'autres cas ont été rapportés dans la presse. Si la plupart du temps ces personnes sont autonomes et vivent presque normalement, toutes présentent des séquelles liées au manque de neurones et certaines éprouvent des malaises après 40 ou 60 ans consécutifs de leur anomalie.

Les cas où le patient vit presque normalement rendent évidemment les spécialistes des neurosciences perplexes et la seule explication est que leur cerveau compressé ou amputé de son cervelet s'est adapté pour assurer au mieux le contrôle des fonctions manquantes. Reste à comprendre comment un cerveau peut correctement fonctionner avec des aires du langage, de la vision, de l'audition et parfois motrices sévèrement touchées. Si on considère que le cerveau est "maléable", ces exemples le confirment avec éloquence.

La plasticité du cerveau

Nous venons d'expliquer que certaines personnes vivent quasi normalement avec seulement 10% du volume normal de leur cerveau. Cette faculté étonnante signifie à l'évidence que les neurones sont exceptionnellement versatiles ou en tous cas souples et peuvent s'adapter à de nouvelles situations, y compris critiques. Grâce à sa plasticité, les réseaux neuronaux se réorganisent, le cerveau réutilisant des parties de lui-même à de nouvelles fins comme s'il s'agissait d'une structure constituée d'éléments interchangeables. Ceci dit le cerveau n'est pas un mécano et toutes les adaptations, notamment suite à des traumatismes, ne sont pas possibles et laissent malgré tout de lourdes séquelles.

Mais les spécialistes ne sont pas encore certains du degré de précision de cette plasticité du cerveau ou neuroplasticité. En particulier, il y a une question toujours sans réponse concernant la manière dont certaines connexions se renforcent car les neurones doivent compenser d'une façon ou d'une autre sinon ils risquent d'être submergés par les influx nerveux entrants. Comme un circuit électrique, on ne peut pas "câbler" le cerveau de n'importe quelle façon au risque de provoquer des courts-circuits et des surtensions qui entraîneront la dégénérescence des neurones avec tous les dommages cognitifs que cela peut entraîner.

A gauche, un neurone et son réseau de dendrites. A droite, un neurone d'hippocampe cultivé in vitro et coloré montrant les microtubules (en vert) et les épines dendritiques (rouge) couvrant l'arborescence dendritique. Documents Shelley Halpain/UC San Diego et Zhengping Jia Lab.

En 2006, les travaux d'Anthony Holtmaat de l'Université de Genève et ses collègues sur des souris génétiquement modifiées avaient montré que des changements de "connectique" entre les neurones à travers la formation d'épines dendritiques (l'une des nombreuses petites excroissances qu'on trouve sur les dendrites des neurones et qui assurent les contacts synaptiques avec les axones des neurones présynaptiques. C'est à cet endroit du neurone que se trouve la partie réceptrice de la synapse qui possède ses propres microdomaines et protéines de régulation) ou la suppression de synapses étaient au coeur de la neuroplasticité et pouvaient évoluer en fonction de l'entraînement cognitif et d'adaptations neuronales. Mais à l'époque, les chercheurs s'étaient focalisés sur la neuroplasticité et n'ont pas identifié l'origine - par exemple la protéine - régulant ce mécanisme. Douze ans plus tard, cette question restée en suspens trouva une réponse.

Comment ça marche ? Une équipe internationale de chercheurs du MIT pense avoir trouvé un début de réponse grâce à une expérience similaire à celle conduite par Holtmaat. En 2018, le neurologue Mriganka Sur du MIT et ses collègues ont publié dans la revue "Science" les résultats d'une nouvelle étude sur la plasticité synaptique des neurones dans l'aire visuelle de souris également génétiquement modifiées pour les besoins de l'expérience. Ils ont découvert que lorsqu'une connexion synaptique se renforce, la taille des synapses voisines diminue immédiatement pour empêcher les neurones d'être submergés d'influx. Ce mécanisme dépend d'une protéine spécifique dont les effets ne manifestent dès que la taille d'une synapse atteint environ 50 microns.

Pour démontrer ce mécanisme, les chercheurs ont modifié le "champ de réception" ou champ de vision particulier dont le neurone semblait responsable. Ils se sont intéressés à l'épine dendritique particulière d'une dendrite. Lorsqu'ils ont déplacé la cible visuelle que la souris regardait, ils ont pu ajuster le champ réceptif de ce neurone et ont projeté une lumière bleue à l'intérieur du cortex visuel de l'animal. Chez cette souris, les éclairs ont activé le neurone, l'aidant à renforcer cette épine particulière. À mesure que cette épine dendritique renforcée s'est développée, les épines situées à proximité se sont contractées, ce qui provoqua un renforcement ou un affaiblissement des synapses correspondantes, démontrant ainsi une plasticité en action.

Cette expérience montra qu'il est possible de reprogrammer des neurones uniques dans un cerveau vivant, ce qui démontre in vivo la diversité des mécanismes moléculaires qui permettent à ces cellules d'intégrer de nouvelles fonctions grâce à la plasticité synaptique.

Mais ce n'était que la moitié de l'expérience. En effet, les chercheurs ont ensuite découvert que les récepteurs AMPA (acide α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique) étaient corrélés à l'affaiblissement et au renforcement de ces synapses. Ils ont utilisé une étiquette chimique spécialement conçue pour identifier l'expression du régulateur des récepteurs AMPA, une protéine appelée ARC, afin de déterminer les causes des changements. Ils ont découvert que les synapses possédant peu de protéines ARC étaient capables d'exprimer plus de récepteurs AMPA alors qu'une augmentation des protéines ARC dans les épines dendritiques voisines provoqua une diminution du nombre de synapses. Conclusion, selon les chercheurs la protéine ARC maintient un juste équilibre des ressources synaptiques.

Cette découverte vient s'ajouter aux nombreuses autres observations (par exemple le rôle important des mitochondries dendritiques dans la morphogénèse et la plasticité des épines et des synapses) et pourrait aider de manière décisive les neurologues à résoudre la question de la plasticité du cerveau en l'étudiant dorénavant sur des sujets vivants.

A lire : Présentation du système nerveux autonome, Dr Phillip Low

Cours d'anatomie du cerveau, Dimitri Pianeta

Neuroanatomie, Sorbonne Université

Les facultés sensorielles (sur ce site)

La conscience

Qu'est-ce que la conscience ? Cela fait des siècles que les anatomistes, les psychologues, les neurologues et autres philosophes se penchent sur la question. Alors que nous l'utilisons en permanence, définir la conscience n'est pas simple. Les premières théories sur la nature de la conscience et comment elle se manifeste tendaient vers le surnaturel, suggérant que les humains et probablement d'autres animaux possèdent une âme immatérielle leur conférant une conscience, des pensées et le libre arbitre, des capacités qui manquent aux objets.

La plupart des scientifiques modernes ont rejeté cette vision, connue sous le nom de dualisme, pour embrasser une vision dite moniste d'une conscience générée par le cerveau lui-même et son réseau de milliards de neurones.

Dans cette vision moniste, de nos jours on divise généralement la conscience en deux composantes : l'éveil (arousal en anglais) et la conscience (awareness) proprement dite. Pour un psychologue, la première est une conscience primaire non attentive tandis que la seconde est réflexive et attentive, caractérisant l'expérience du corps et des émotions ressenties.

Où se trouve le siège de la conscience ? Selon les neurologues, l'état d'éveil est contrôlé par le tronc cérébral, c'est-à-dire la partie du système nerveux central qui relie la base du cerveau à la moelle épinière.

Documents ThinkStock photos et Assignment Point adapté par l'auteur.

Selon une étude publiée dans la revue "Neurology" en 2016 par des chercheurs de l'Université d'Harvard, en étudiant les conséquences de lésions cérébrales de 12 patients dans le coma et en les comparant à 24 sujets de contrôle, ils ont découvert que chez un adulte sain, la conscience est le résultat du travail combiné de deux régions corticales : le cortex insulaire ou insula ventral antérieur (AI) et le cortex cingulaire antérieur (pACC). On savait déjà mais de manière approximative que l'AI est associé aux fonctions limbiques et à la conscience notamment, et le pACC gère des fonctions autonomes (rythme cardiaque, pression artérielle), cognitives et les émotions. Les études cliniques ont montré que si les régions AI et pACC sont déconnectées, on observe des désordres de la conscience.

En revanche, dans un article publié dans la revue "Neuroscience of Consciousness" en 2020, le biochimiste Johnjoe McFadden, professeur de génétique moléculaire et directeur du Centre de formation doctorale en biologie quantique à l'Université de Surrey, propose une forme scientifique de dualisme basée sur la différence entre matière et énergie, plutôt que matière et âme et postule que la conscience est en fait le champ d'énergie du cerveau.

McFadden défend la théorie d'une biologie quantique, un domaine qu'avait déjà exploré Erwin Schrödinger en 1944 dans son livre "What is Life?" (Qu'est-ce que la vie). Le concept que McFadden appelle la théorie du champ d'information électromagnétique consciente ou théorie du champ "cemi" (conscious electromagnetic information) est basée sur un fait scientifique : lorsque les neurones du cerveau et du système nerveux sont excités, non seulement ils envoient un signal électrique dans les fibres nerveuses, mais ils envoient également une impulsion d'énergie électromagnétique dans les tissus environnants. Cette énergie est généralement ignorée mais elle contiendrait les mêmes informations que les signaux nerveux, mais sous une forme d'énergie immatérielle plutôt qu'un flux d'atomes.

Soulignons que dans un article publié en 2006, McFadden rejette l'idée d'une conscience quantique comme l'imaginèrent les physiciens Roger Penrose, Henry Pierce Stapp ou David Bohm. On y reviendra.

A voir : Quantum Biology - Johnjoe McFadden, 2014

A gauche, portrait du Pr Johnjoe McFadden de l'Université de Surrey réalisé par Andrew McKay vers 2015. A droite, graphique extrait d'un article publié en 2020 par David Carmel et ses collègues sur les corrélats de la conscience. Il s'agit d'un EEG après stimulation magnétique transcrânienne (TMS) dans un cerveau humain conscient (en haut) et végétatif (en bas). Dans un tweet publié le 21 novembre 2020, Johnjoe McFadden commente ce graphique : "un champ électromagnétique fort = conscience, comme dans ma théorie du champ cemi". Toutefois, beaucoup d'autres expériences ont montré que ce type de stimulation n'avait pas d'impact sur la fonction cérébrale. Reste à reproduire cette expérience pour en savoir plus.

Ce champ électromagnétique généré par le cerveau est matérialisé par l'électroencéphalogramme et la magnétoencéphalographie, mais jusqu'à présent il a toujours été considéré comme non pertinent pour la fonction cérébrale. En effet, des expériences de stimulation magnétique transcrânienne ou électromagnétiques ont toujours démontré qu'elles étaient sans effet sur la fonction cérébrale (cf. J.Gray, 2004; M.Hallett et al., 2003).

McFadden propose que ce champ cemi soit en fait le siège de la conscience : "Comment la matière cérébrale prend-elle conscience et parvient-elle à penser est un mystère qui a été médité par des philosophes, des théologiens, des mystiques et des gens pendant des millénaires. Je crois que ce mystère a maintenant été résolu, et que la conscience est l'expérience de nerfs se connectant au champ électromagnétique auto-généré du cerveau pour conduire ce que nous appelons le «libre arbitre» et nos actions volontaires".

Cette théorie du champ cemi expliquerait aussi pourquoi, malgré leur complexité et leur rapidité, les ordinateurs d'aujourd'hui n'ont pas montré la moindre étincelle de conscience. McFadden estime que moyennant le bon développement technique, des robots conscients et capables de penser par eux-mêmes pourraient devenir une réalité.

Bien que cette théorie soit spéculative et McFadden le reconnait volontiers, il propose des prédictions permettant de tester son hypothèse. Reste à voir si les spécialistes en neurosciences les prendront au sérieux car depuis les années 2000, la théorie de McFadden a été contestée par la plupart des experts en sciences cognitives. En effet, inventer une théorie est à la portée de tout de le monde, mais quand il s'agit de la démontrer, on ne se presse plus au portail.

La relativité d'Einstein appliquée au cerveau

Dans un article publié dans la revue "Brain Mutliphysics" en 2020, le Dr Denis Le Bihan, médecin et physicien, directeur de NeuroSpin au Commissariat à l'Energie Atomique de Saclay et membre de l'Académie des Sciences, propose que le cerveau fonctionne sur base des mêmes lois que la relativité d'Einstein, une idée qu'il a vulgarisé dans un livre de 400 pages intitulé "L'erreur d'Einstein" (Odile Jacob, 2022), un titre provocateur car Le Bihan confirme qu'Einstein avait raison.

Partant du constat que les influx nerveux se propageant dans le cerveau ont une vitesse limite, comme la lumière dans l'univers, et de ce fait que tout évènement est également relatif dans le cerveau, l'auteur transpose les théories de la relativité restreinte et générale au connectome cérébral (Le Bihan est co-inventeur avec Peter Basset de l'imagerie par IRM du tenseur de diffusion qui permet de visualiser le connectome). Il propose que le connectome doit lui aussi avoir son propre espace-temps, courbé non pas par les masses mais par le niveau d'activité des neurones dans les différentes aires cérébrales. Il montre comment son modèle peut rendre compte de certains fonctionnements normaux ou pathologiques (états de la conscience) et propose plusieurs prédictions vérifiables.

Le sommeil

Le Sommeil par Julia Yellow.

Pourquoi dormons-nous ? On pense généralement que le sommeil est une  période pendant laquelle l'esprit et le corps sont au repos et arrêtent toute activité. Mais ce n'est pas le cas. Si normalement le tonus musculaire est relâché et passe sous le contrôle du système végétatif jusqu'à l'éveil, certaines activités métaboliques et hormonales se poursuivent et expliquent notamment certains symptômes observés durant le sommeil (syndrome des jambes sans repos, rêves en acte, rythmies et autres myoclonies, cf. cet article).

Pour le cerveau, la phase de sommeil est une période active durant laquelle il traite beaucoup d'informations. Comment cela se produit reste un mystère comme la question de savoir pourquoi notre organisme comme celui de tous les animaux est programmé pour une longue période de sommeil représentant jusqu'à un tiers de notre vie. On sait juste que nous avons besoin de dormir pour préserver notre santé et notre bien-être mais on ignore comment tout cela est contrôlé et régulé. Les scientifiques commencent juste à comprendre certaines des fonctions critiques du sommeil.

L'un des rôles essentiels du sommeil est de nous aider à consolider les souvenirs et oublier les informations inutiles (voir plus bas, le rôle des ondes delta). Tout au long de la journée, notre cerveau reçoit et traite une quantité énorme d'informations. Plutôt que d'être directement enregistrés de manière permanente durant la phase d'éveil, ces évènements et autres signaux sont d'abord filtrés, traités et stockés temporairement; la majorité de ces étapes sont réalisées durant la seule période disponible où le cerveau n'est pas en état d'éveil, c'est-à-dire pendant le sommeil. Dès que l'on dort, des bribes d'informations sont transférées de la mémoire immédiate ou provisoire vers une mémoire à long terme par un processus appelé  la "consolidation". D'autres informations jugées sans intérêt sont oubliées et les informations secondaires sont placées temporairement dans une mémoire à court terme. Les chercheurs ont également montré qu'après avoir dormi, nous avons tendance à mieux mémoriser les informations et à présenter de meilleures performances mémorielles.

Document D.R.

Toutefois, ces performances diminuent avec l'âge et chacun sait qu'on mémorise plus lentement à mesure qu'on avance en âge. En revanche, si on perd un peu de mémoire à court terme en vieillissant, on conserve en parfait état sa mémoire à long terme, notamment celle touchant des évènement importants ou des détails significatifs de notre vie.

Nous avons tous besoin de longues périodes de sommeil - au moins 6.5 heures selon les spécialistes - afin de gérer notre mémoire, de développer les muscles, les os, de réparer les tissus et de synthétiser les hormones.

Un sommeil sain est un sommeil réparateur et est essentiel car nous avons tous besoin de retenir des informations et notamment des compétences durant la vie active. Ceci explique sans doute pourquoi les enfants qui acquièrent des compétences intellectuelles, linguistiques, sociales et motrices à un rythme très rapide tout au long de leur développement ont besoin de plus de sommeil que les adultes pour s'assurer un développement et une vigilance optimaux.

Jusqu'à 3 mois, un bébé a besoin de 14 à 17 heures de sommeil et jusqu'à 1 an, il lui faut encore de 12 à 15 heures de sommeil. Jusqu'à l'adolescence vers 14 ans, il lui faut environ 10 heures de sommeil. Jusqu'à ses 18 ans, il a besoin de 8 heures de sommeil. Pendant sa vie adulte, il devrait dormir entre 7 et 9 heures et à partir de 65 ans, il peut se contenter de 7 à 8 heures. Chez les adultes, les valeurs peuvent varier de 30% dans les deux sens. On peut donc trouver des personnes dormant 5 heures et qui sont reposées et d'autres qui ont besoin de 9 heures pour récupérer.

Soulignons qu'il existe des corrélations entre certaines infections et la santé. Ainsi, il existe une corrélation entre le manque de sommeil et le rhume. En effet, l’insomnie diminue l’immunité, ce qui favorise les infections. De même, le manque de sommeil peut réveiller des virus dormants qui n'attendent qu'un affaiblissement du système immunitaire pour se multiplier et infecter l'organisme. Ainsi, tous les porteurs du virus de l'herpès simplex (HSV-1) par exemple savent que s'ils dorment mal et ne récupèrent pas pendant plusieurs semaines ou suite à un épuisement, cela va favoriser la poussée d'un "bouton de fièvre". Avoir son quota de sommeil et être réposé constituent donc un facteur de bonne santé.

A gauche, les heures de sommeil conseillées par 24 heures par tranches d'âges. Document adapté de National Sleep Foundation A droite, les phases du sommeil enregistrées par le bracelet connecté Oura.

Les ondes cérébrales

L'électroencéphalogramme (EEG) d'une personne permet de distinguer plusieurs rythmes ou ondes cérébrales qu'on peut classer un fonction de leur fréquence :

- Les ondes gamma ont une fréquence comprise entre ~30 et 42 Hz. On a longtemps cru qu'il s'agissait de "bruit" plus que de signaux jusqu'à ce qu'on découvre leur forte activité chez des sujets altruistes et "très vertueux". On dit souvent qu'elles sont associées à l'émergence de la spiritualité mais on ne peut le prouver scientifiquement. Les ondes gamma sont liées à la concentration, c'est-à-dire qu'elles établissent des liens entre les différentes régions cérébrales pour former des concepts cohérents. Il faut que l'esprit soit calme pour accéder aux ondes gamma qui modulent la perception et la conscience.

- Les ondes bêta ont une fréquence comprise entre 13 et 30 Hz avec une amplitude de  ~30 microvolts.  Elles caractérisent un sujet éveillé traitant de l'information. Elles peuvent inclure des ondes gamma.

- Les ondes alpha ont une fréquence comprise entre 8 et 12 Hz avec une amplitude de 30 à 50 microvolts. Elles caractérisent un sujet ayant les yeux clos, qui est éveillé mais détendu ou en méditation.

- Les ondes thêta ont une fréquence comprise entre 3 et 8 Hz avec une amplitude de 50 à 100 microvolts. Elles caractérisent l'activité limbique, celle de la mémoire et des émotions.

- Les ondes delta ont une fréquence comprise entre ~0.5 et 4 Hz avec une amplitude de 100 à 200 microvolts. Ce sont les plus basses fréquences que le cerveau puisse générer. Elles caractérisent l'état de sommeil ou d'inconscience.

A gauche, les différents types d'ondes cérébrales. A droite, un électroencéphalogramme ou EEG. Les nombreux pics indiquent que le sujet était endormi et probablement en train de rêver (sommeil REM). En bas du graphique, le tracé rouge EKG est l'électrocardiogramme, les deux EOG sont les électro-oculogrammes et l'EMG est l'électromyogramme. Documents NeuroEducation adapté par l'auteur et via Daniel Longo.

Notons qu'il existe des ondes infra-basses < 0.5 Hz appelées SCP ou Potentiels Corticaux Lents (Slow Cortical Potentials). On pense qu'il s'agit des rythmes cérébraux fondamentaux qui sous-tendent les fonctions cérébrales supérieures. On sait très peu de choses sur ces ondes. Leur très basse fréquence les rend difficiles à détecter et à mesurer avec précision, de sorte que peu d'études ont été réalisées. Elles semblent jouer un rôle majeur dans la synchronisation du cerveau et la fonction du réseau neuronal.

Les états de vigilance et les phases de sommeil

Le sommeil est divisé en 2 états de vigilance : le sommeil lent ou sommeil NREM (Non Rapid Eye Movement), c'est-à-dire sans mouvement oculaire rapide et le sommeil paradoxal ou sommeil REM (Rapid Eye Movement). Le sommeil lent (NREM) comprend 4 phases ou stades :

- Stade 1 : l'endormissement caractérisé par un relâchement des muscles (en commençant par ceux des jambes) et une perte partielle de conscience. Après le début de l'endormissement on observe des ondes bêta; l'éveil est remplacé par le rythme alpha plus lent. Ensuite apparaissent les ondes thêta encore plus lentes. C'est durant ce premier stade que le sujet a le sommeil le plus léger et peut facilement se réveiller. Si on vous réveille à ce stade, vous avez conscience de vous être endormi. Des rêves ou des pensées libres ont été rapportées durant ce stade qui dure généralement entre 3 et 12 minutes.

- Stade 2 : à ce stade, en général le sujet ne réagit plus au bruit ou à la lumière sauf si le stimulus est très fort. Les mouvements des yeux s'arrêtent et les ondes cérébrales deviennent plus lentes. Les ondes thêta sont ponctuées occasionnellement d'ondes de haute fréquence appelées les fuseaux du sommeil (ou spindles) qui ont une fréquence de 8 à 14 Hz avec une amplitude de 50 à 150 microvolts qui durent 1 à 2 secondes. Ces ondes sont produites par des interactions entre les neurones thalamiques et les neurones corticaux. Pendant ce stade, on peut également observer une onde de grande amplitude appelée le complexe K qui semble associé à de brefs réveils en réponse à des stimuli extérieurs. Ce stade dure entre 10 et 20 minutes en début de nuit. Si on réveille le sujet durant ce stade, il dira qu'il dormait vraiment. En fait, le sujet passe plusieurs fois par le stade 2 durant les cycles du sommeil. C'est le stade où l'adulte passe le plus de temps, de 45 à 55% du temps de sommeil total.

- Stade 3 : le sommeil lent léger marque le passage du sommeil peu profond au sommeil profond. Les ondes delta extrêmement lentes apparaissent et constituent bientôt près de la moitié des ondes enregistrées sur l'EEG. Les fuseaux du sommeil et les complexes K apparaissent encore mais moins fréquemment qu'au stade 2. L'activité cérébrale est plus intense dans les régions préfrontales mais les mouvements oculaires sont beaucoup plus faibles (comme au stade 4). Les muscles ont encore du tonus et nous restons un peu réceptif aux stimuli extérieurs (la maman peut par exemple entendre son enfant pleurer ou on peut entendre son nom). Ce stade dure ~10 minutes lors de sa première apparition et n'est présent qu'environ 4 à 7% du temps de sommeil total.

- Stade 4 : le sommeil lent profond durant lequel l'organisme récupère de la journée et où l'activité cérébrale est la plus basse. C'est le niveau le plus profond du sommeil. Comme au stade 3, il est difficile de réveiller la personne plongée dans cet état de sommeil. Les ondes delta dominent et l'activité neuronale est globalement la plus faible. La température du cerveau est la plus basse, les rythmes respiratoire et cardiaque ainsi que la pression sanguine sont plus lents sous l'influence du système parasympathique (associé au neurotransmetteur acétylcholine). Il n'y a pas de mouvement des yeux ou d'activité musculaire. Toutefois, durant ce stade, les muscles ont toujours leur tonus et on peut observer des mouvements des bras, des jambes et du torse. C’est le stade où le sommeil est le plus réparateur pour le corps et où il est le plus difficile de réveiller le dormeur. Les personnes réveillées pendant leur sommeil profond ne s'adaptent pas immédiatement et se sentent souvent désorientées pendant plusieurs minutes après leur réveil. Ce stade dure environ 35 à 40 minutes chez l'adulte lors de sa première apparition en début de nuit et représente jusqu'à 20% du temps de sommeil total soit ~2 heures chez le jeune adulte. C'est également durant ce stade qu'on peut observer les épisodes de somnambulisme et de terreur nocturne chez l'enfant. Ce stade correspond également à l'état de coma.

C'est durant la phase suivante, l'état de sommeil paradoxal (REM) que le cerveau présente une activité proche de celle de l'éveil. C'est durant ce stade que nous rêvons et que notre pouls et notre respiration deviennent plus rapides, irréguliers et superficiels. Les yeux tremblent et bougent rapidement dans diverses directions, les muscles des membres sont temporairement paralysés. La fréquence cardiaque et la pression artérielle augmentent et les hommes développent des érections péniennes. Lorsque la personne se réveille pendant le sommeil paradoxal, elle décrit souvent des histoires bizarres et illogiques. Ce sont des rêves, y compris les rêves lucides (voir plus bas). Ce stade peut durer 90 minutes et se répérer 3 à 5 fois. Il représente 20 à 25% du temps de sommeil total.

C'est également durant le sommeil paradoxal que certaines personnes éprouvent ce qu'on appelle la paralysie du sommeil qui dépend de nombreux facteurs (cf. D. Denis et al., 2018).

Le rôle des oscillations lentes et des ondes delta

Dans une étude publiée dans la revue "Cell" en 2019, le neurologue Karunesh Ganguly du Centre médical des anciens combattants de San Francisco et ses collègues de l'Université de Californie ont découvert que les ondes delta qui se manifestent durant les stade 3 (sommeil lent léger) et stade 4 (sommeil profond et coma) permettent à certains neurones de se réveiller et de gérer notre mémoire.

Pour comprendre ce qui régit l'équilibre entre la consolidation (la mémorisation) et l'oubli des informations, les chercheurs ont testé comment l'activité cérébrale régulait différemment ces deux processus. Les chercheurs ont étudié le lien de causalité entre les réactivations neuronales au cours du sommeil NREM et la consolidation ou l'affaiblissement des processus de stockage de l'information. Ils ont constaté que les oscillations lentes (SO) et les ondes delta ont des rôles distincts et concurrents dans la consolidation et l'oubli.

A gauche, repérage du stade N3 (avec les ondes lentes du sommeil aux stades 3 et 4) caractérisé par les ondes delta. A droite, durant le sommeil, les oscillations lentes et les ondes delta gèrent notre mémoire. Documents J.D. Espiritu (2008) et K.Ganguly et al. (2019).

Comme on le voit sur le schéma présenté ci-dessus à gauche, selon les modifications du couplage temporel entre les ondes SO et delta, il est possible d'affaiblir ou de renforcer la consolidation et ainsi moduler les gains de performance pendant le sommeil. Autrement dit, l'activité neuronale induite par les oscillations lentes et les ondes delta jouent un rôle concurrent dans la consolidation de la mémoire au cours du sommeil. Cela signifie aussi que même pendant le sommeil, le cerveau reste actif.

Les effets du manque de sommeil

Personne ne peut accumuler une privation de sommeil et déjà au bout de 12 heures d'éveil et de travail soutenu, la plupart des adultes s'assoupissent. Si on accumule de la fatigue pendant une semaine, on peut facilement s'endormir devant la TV bien avant l'heure d'aller dormir.

Toute privation de sommeil exige plusieurs heures de sommeil pour compenser et rembourser ce qu'on appelle la "dette de sommeil". Les meilleures habitudes de sommeil sont des routines saines et régulières qui permettent à tous, peu importe l'âge, de nous lever tous les jours pour relever les défis de la vie.

Des études ont montré que la qualité du sommeil affecte fortement notre façon de penser, l'aiguisant quand nous sommes en pleine forme et l'émoussant quand nous sommes fatigués, sans parler des effets secondaires de la fatigue comme l'irritabilité, la baisse des défenses immunitaires, les hallucinations, les pertes de mémoire, etc.

Les neurobiologistes connaissent bien les effets qui affectent le sommeil : les signaux lumineux extérieurs et les signaux d'obscurité nous aident à définir nos rythmes circadiens qui, à travers les soi-disant "gènes du sommeil" et leurs hormones agissent comme des chronomètres internes via les connexions synaptiques des neurones pour déclencher la phase de sommeil ou d'éveil. Mais la manière dont ces facteurs interagissent pour gérer notre mémoire et de façon générale pour rafraîchir notre cerveau pendant le sommeil reste en partie mystérieuse.

Dans deux articles publiés dans la revue "Science" en 2019 (cf. F.Brüning et al. et S.B.Noya et al.), les chercheurs ont démontré que les synapses jouent un rôle clé dans le cycle du sommeil. Ils ont montré que ces nœuds de la communication neuronale sont au coeur des "préparatifs" du sommeil et des effets de nos comportements liés au sommeil. En effet, les soi-disant "gènes du sommeil" préparent de manière rythmée les zones autour des synapses en prévision de la synthèse de protéines synaptiques pendant le sommeil. Les chercheurs ont découvert que les neurones réduisent la production de ces protéines critiques en l'absence de sommeil. Les résultats confirment qu'il existe un lien longtemps soupçonné entre la régulation interne du temps et les comportements liés au sommeil. Lorsque nous somnolons, deux facteurs entrent en jeu : la pression du sommeil qui devient croissante à mesure que la fatigue s'accumule et notre horloge interne signalant que le moment habituel de fermer les yeux est arrivé.

L'équipe de Sara B. Noya de l'Institut de pharmacologie et de toxicologie de l'Université de Zurich a montré que chez la souris, l'horloge interne régit le rythme de la transcription, c'est-à-dire la synthèse de protéines. Le fait de céder sous la pression du sommeil déclenche les dernières étapes de la synthèse de protéines. A deux moment de la journée, juste avant de se réveiller et de s'endormir, des neurones situés dans des zones du cerveau liées à la cognition signalent aux cellules qu'un évènement va avoir lieu (il n'est pas certain car le sujet peut s'y opposer volontairement). Grâce à ces transcriptions du "temps de sommeil" les protéines peuvent réguler la synthèse d'autres protéines tandis que les transcriptions du "temps de réveil" régulent les protéines liées à la fonction synaptique. Les molécules émises préparent le terrain pour le rafraîchissement rapide des synapses pendant le sommeil.

Chez des souris privées de sommeil, Noya et ses collègues ont montré que la cellule produisait encore bon nombre de facteurs de transcription mais ne synthétisait pas les protéines associées. Ce résultat implique que le sommeil régule l'étape finale de la synthèse de protéines pour assurer la robustesse des synapses. Cependant, toutes les protéines produites par la cellule ne passent pas nécessairement en mode actif. Franziska Brüning de l'Université Ludwig Maximilian de Munich et ses collègues ont constaté que les transcriptions étaient prêtes à l'emploi et que les protéines étaient fabriquées, que ces dernières soient utilisées ou non. Selon les tests réalisés sur des souris, lors d'une privation de sommeil, jusqu'à 98% des cycles de phosphorylation étaient suspendus au niveau des synapses. En résumé, le cerveau contrôle la production de ces molécules synaptiques et donc les phases d'activité et de repos.

L'impact du sommeil sur la fonction métabolique

Selon une étude publiée en 2018 dans la revue "Science Advances", une seule nuit de sommeil manquante peut conduire à une prise de poids. C'est la conclusion à laquelle sont parvenus le neurologue Jonathan Cedernaes de l'Université d'Uppsala en Suède et ses collègues après avoir analysé des échantillons de tissus de 15 adultes de poids moyen et en bonne santé afin de découvrir les changements qu'induiraient les quantités de sommeil au niveau moléculaire. Selon cette étude, il existe une relation neuronale entre un sommeil de mauvaise qualité, les changements métaboliques et la dépression.

L'étude du sommeil. Document SRS.

Pour réaliser cettes étude, les sujets furent examinés au cours de deux sessions d'un jour. Le deuxième soir, les sujets furent privés de sommeil. En analysant des échantillons de sang et de tissus (biopsies) prélevés uniquement dans les régions du muscle squelettique et des tissus adipeux (graisse) sous-cutanés, les chercheurs ont découvert des traces de perturbations métaboliques, des études antérieures ayant montré que la fonction de ces tissus est liée au diabète et à l'obésité. L'équipe utilisa ces données pour cartographier les modifications de la méthylation de l'ADN, un mécanisme permettant de contrôler l'expression des gènes.

Selon Cedernaes, la perte de sommeil aiguë entraîne des modifications épigénétiques dans les régulateurs du rythme circadien. Les résultats indiquent que la perte de sommeil entraîne des modifications spécifiques des tissus au niveau du degré de méthylation de l'ADN.

Bien que des liens soient clairement établis entre le sommeil et la fonction métabolique, Cedernaes reconnait que le seul défaut de cette étude est peut-être qu’elle évalue l’effet de la perte de sommeil sur une seule nuit, en excluant les pertes de sommeil prolongées ou autres. Il sera intéressant d’étudier dans quelle mesure une ou plusieurs nuits de sommeil réparateur peuvent normaliser les changements métaboliques observés après un manque de sommeil. On sait en effet que l'alimentation et l'exercice physique sont des facteurs qui peuvent également altérer la méthylation de l'ADN en contrant les effets métaboliques indésirables de la perte de sommeil.

Les rêves

Que sont les rêves ? Les rêves sont une expérience humaine universelle qui peut être décrite comme un état de conscience caractérisé par des évènements sensoriels, cognitifs et émotionnels se déroulant pendant le sommeil. Les rêves sont des histoires et des images élaborées par notre cortex cérébral. Nos rêves peuvent changer au cours de la vie ou au cours de différentes expériences. Ils peuvent être divertissants, amusants, romantiques, dérangeants, effrayants et parfois étranges. Mais c'est plus qu'une simple "vue de l'esprit" car les rêves ont tendance à être une source fiable d'expériences émotionnelles qui peuvent avoir un impact autant positif que négatif sur la vie du rêveur.

Il n'existe pas d'état cognitif qui ait été aussi largement étudié que le rêve et pourtant il reste souvent mal compris entre professionnels. En effet, il existe des différences significatives entre les approches neurobiologiques et psychanalytiques de l'analyse des rêves.

Beaucoup de choses restent inconnues à propos des rêves. Ils sont par nature difficiles à étudier en laboratoire, mais les nouvelles techniques de recherche peuvent aider à améliorer notre compréhension des rêves.

Les neurobiologistes s'intéressent aux structures impliquées dans la production des rêves, l'organisation des rêves et leur mise en forme. La psychanalyse se concentre sur le sens des rêves et les replace dans le contexte des relations dans l'histoire du rêveur.

Les rêves se manifestent durant le deuxième stade du sommeil, le sommeil paradoxal (REM) où le cerveau présente une activité proche de l'éveil, bien que des rêves peuvent aussi parfois survenir lors du premier stade du sommeil lent (NREM).

Nous ne nous souvenons peut-être pas d'avoir rêvé, mais les spécialistes estiment que tout le monde rêve entre 3 et 6 fois par nuit. Chaque rêve dure entre 5 et 20 minutes. Environ 95% des rêves sont oubliés au moment du réveil. Il semble que rêver peut faciliter l'apprentissage et développer des souvenirs à long terme.

Enfin, les personnes aveugles rêvent davantage avec d'autres composants sensoriels que les personnes voyantes.

Sur les plans anatomique et biochimique, les résultats des recherches en neurosciences suggèrent que le cortex préfrontal dorsolatéral, responsable de la conscience de soi et associé à la mémoire à court terme (la mémoire de travail), est beaucoup moins actif dans le cerveau du rêveur que pendant la phase éveillée tandis que les zones limbiques paléocorticales (paléocortex) et sous-corticales (situées sous le cortex, comprenant la substance grise du télencéphale et l'hippocampe) sont plus actives.

Les hémisphères droit et gauche du cerveau semblent contribuer de manières différentes à la formation des rêves. Dans une étude publiée en 2001, des chercheurs ont conclu que l'hémisphère gauche semble être à l'origine du rêve tandis que l'hémisphère droit fournit la vivacité du rêve, la figuration et le niveau d'activation affective. L'étude portant sur des adolescents âgés de 10 à 17 ans révéla que ceux qui étaient gauchers avaient une plus forte probabilité de faire des rêves lucides (voir plus bas) et de se souvenir de rêves dans d'autres rêves.

Selon une étude australienne publiée dans la revue "Perceptual and Motor Skills" en 2018, prendre de la vitamine B6 avant de se coucher pourrait aider à se souvenir de nos rêves, une conclusion déjà proposée dans deux études américaines (cf. M.Ebben et al., 2002; D.J. Aspy et al., 2018) que cite également le spécialiste du sommeil Michael J. Breus. Cela pourrait aussi permettre d'accéder au rêve lucide.

On ignore si les rêves font simplement partie du cycle du sommeil ou s'ils servent à un autre objectif. Il existe plusieurs théories sur les raisons pour lesquelles nous rêvons. À partir de preuves et de nouvelles méthodologies de recherche, les chercheurs ont émis l'hypothèse que le rêve remplit les fonctions suivantes :

- il serait la représentation des désirs et des souhaits inconscients,

- il permet d'interpréter les signaux aléatoires du cerveau et du corps pendant le sommeil, à consolider et traiter les informations recueillies au cours de la journée, il assure une forme de psychothérapie,

- il assure un retraitement de la mémoire "hors ligne", permettant au cerveau de consolider les tâches d'apprentissage et de mémoire,

- il aide à se préparer à d'éventuelles menaces futures,

- il s'agit d'une simulation cognitive d'expériences de la vie réelle car le rêve est un sous-système du réseau d'éveil par défaut (la partie de l'esprit active pendant la rêverie),

- il aide à développer les capacités cognitives reflétant la fonction mentale inconsciente d'une manière psychanalytique,

- c'est un état de conscience unique qui intègre l'expérience du présent, le traitement du passé et la préparation du futur,

- c'est un espace psychologique où des notions accablantes, oppressantes, contradictoires ou très complexes peuvent être réunies par l'ego du rêveur, notions qui seraient troublantes à l'état de veille mais qui assurent le besoin d'équilibre psychologique.

En résumé, les rêves sont toujours une source de mystère pour les neurobiologistes et les psychiatres.

Rôle des souvenirs dans les rêves

Deux types de souvenirs peuvent constituer la base d'un rêve : les souvenirs autobiographiques ou souvenirs durables de soi-même et les souvenirs épisodiques, qui sont des souvenirs d'épisodes ou d'évènements spécifiques.

Les résultats d'une étude publiée en 2004 suggèrent que le traitement des souvenirs incorporés dans les rêves dure environ 7 jours. Ces processus aident à renforcer les fonctions d'adaptation socio-émotionnelle et de consolidation de la mémoire.

Document D.R.

Dans une étude publiée en 2014, des chercheurs ont exploré différents types de souvenirs ou mémoires chez 32 rêveurs volontaires. Leurs résultats montrent que la majorité (80%) des rêves contenaient des évènements faibles à modérés des souvenirs autobiographiques. Les chercheurs suggèrent que les souvenirs d'expériences personnelles sont vécus de manière fragmentaire et sélective pendant le rêve. Ce processus viserait à intégrer ces souvenirs dans la mémoire autobiographique durable.

Deux types d'effets temporels expliquent que nos souvenirs resurgissent dans nos rêves :

- l'effet résiduel de la journée : des évènements de la journée ou de la veille sont immédiatement incorporés aux rêves.

- l'effet "dream-lag" ou décalage des rêves : des évènements remontant à environ une semaine sont incorporés aux rêves. Il se produit lorsque les images, les expériences ou les personnes qui émergent dans nos rêves correspondent à ce qu'on a vécu récemment, peut-être la veille ou une semaine auparavant. L'idée est que certains types d'expériences mettent une semaine pour être encodés dans la mémoire à long terme, certaines des images de ce processus de consolidation apparaissant dans nos rêves. L'effet du décalage des rêves a été signalé dans les rêves qui se produisent au cours du sommeil REM (voir plus haut) mais pas dans ceux qui se produisent durant le sommeil NREM (cf. M.Blagrove et al., 2011).

Les évènements vécus pendant l'éveil seraient présents dans 1 à 2% des rapports de rêves, bien que 65% des rapports de rêves reflètent des aspects d'expériences récentes de la vie éveillée.

Une hypothèse selon laquelle les rêves reflètent les expériences de la vie éveillée est étayée par des études portant sur les rêves de patients psychiatriques et de patients souffrant de troubles du sommeil. En résumé, leurs symptômes et problèmes diurnes se reflètent dans leurs rêves.

Enfin, des chercheurs se sont demandés si nous rêvions en couleurs ? Dans une étude publiée en 2008 basée sur des questionnaires et des journaux de rêves a révélé que les personnes âgées faisaient plus de rêves en noir et blanc que les participants plus jeunes. Une autre étude montra également qu'environ 80% des participants de moins de 30 ans rêvaient en couleurs contre seulement 20% à 60 ans. Selon une autre étude publiée en 2011, entre 1993 et 2009 le nombre de personnes âgées entre 20 et 49 ans rêvant en couleurs augmenta. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que la télévision en couleurs pourrait jouer un rôle dans la différence générationnelle.

Mais objectivement, peut-on affirmer que nous rêvons ou pensons en couleurs (avec des teintes, une saturation et une luminance) ? En 2011, l'équipe de Jack Gallant, neurologue à l'UCB, réalisa une expérience étonnante. Grâce à un système d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et des modèles informatiques, les chercheurs ont réussi à décoder et interpoler les signaux émis par le cortex visuel et à reconstruire les stimuli visuels dynamiques de plusieurs dizaines de patients volontaires et à obtenir des images et des films de leurs pensées. Leurs résultats présentés ci-dessous prouvent que le cerveau reconstruit des images en couleurs de ce que l'on voit ou imagine.

A voir : Movie reconstruction from human brain activity, J.Gallant/UCB, 2011

  Il faudrait à présent améliorer les performances du système (en résolution et qualité) et étendre cette expérience à l'aide d'une intelligence artificielle équipée d'un réseau neuronal et d'un système d'apprentissage pour vérifier si le résultat est spécifique au cerveau humain ou si on obtient le même résultat avec un singe ou un animal domestique. A priori, le cerveau semble capable d'élaborer des images et des rêves en couleurs à peu près identiques à ce que nous voyons à l'état éveillé.

Les rêves lucides

Les rêves lucides se manifestent lorsqu'une personne endormie fait un rêve tout en étant consciente et parfois convaincue qu'elle le vit physiquement. Le rêveur peut avoir un certain contrôle sur son rêve. Il peut forcer son évolution, introduire un personnage, jusqu'à décider s'il reste dans son rêve ou se réveille.

"L'empire des Lumières" de René Magritte (1964). Huile sur toile de 146x114 cm exposée à Bruxelles, aux Musées Royaux des Beaux-Arts de Belgique. Il existe plusieurs versions sur le même thème.

Le rêve lucide se produit souvent au milieu d'un rêve ordinaire lorsque la personne endormie se rend soudainement compte qu'elle est en train de rêver. Certaines personnes vivent des rêves lucides au hasard, tandis que d'autres ont déclaré pouvoir augmenter leur capacité à contrôler leurs rêves. Ces rêves lucides peuvent aussi être associés à la paralysie du sommeil précitée.

En principe, chacun peut en faire l'expérience des rêves lucides (sans consommer de médicament ou de drogue). Selon Michael J. Breus, psychologue clinicien spécialiste du sommeil, la moitié de la population fait des rêves lucides.

A moins de noter immédiatement les détails du rêve lucide, en général on ne s'en souvient pas ou très peu de temps (quelques dizaines de secondes). En revanche, le fait de se recoucher et de se rendormir peut réactiver le même rêve (même une demi-heure plus tard), prouvant soit qu'il a bien été mémorisé soit que la personne peut déclencher des rêves lucides sur demande.

Une étude a montré qu'il serait possible de provoquer des rêves lucides (cf. D.J. Aspy et al., 2018) et que la consommation de vitamine B6 évoquée plus haut pourrait les faciliter.

Plus que jamais dire que nous "pensons voir" et ressentons des émotions en rêvant est une réalité. D'ailleurs, nous verrons à propos du problème OVNI que les rêves lucides expliqueraient les cas d'enlèvements par les extraterrestres et les voyages temporels.

On a écrit beaucoup de choses sur les soi-disant avantages des rêves lucides. Selon Breus, "Les rêveurs lucides peuvent développer des compétences afin de mieux agir à la demande ou même trouver des solutions créatives aux problèmes des rêves". Selon Breus, lorsque nous faisons un rêve lucide, nous explorons notre côté créatif et faisons également l'expérience de nos peurs sur le moment.

Les médias, et pas seulement professionnels, rapportent que de nombreuses personnes trouvent un soulagement de leurs phobies, de leur anxiété et de leur dépression après une expérience de rêve lucide. Toutefois, dans une étude israélienne publiée en 2018, Liat Aviram et Nirit Soffer-Dudek de l'Université Ben-Gurion ne confirment pas ces bénéfices.

Les deux chercheuses ont étudié 187 rapports de rêves lucides vécus par des étudiants de premier cycle. Elles ont constaté que "L'échelle d'intensité de la lucidité était significativement inversement corrélée avec la dépression, l'anxiété et le stress" (la psychopathologie). Autrement dit, les sujets qui avaient tendance à être moins actifs durant leurs rêves lucides, plus incertains, etc., étaient plus déprimés ou anxieux, par rapport à ceux dont qui étaient plus actifs, plus certains, etc.

Cependant, la fréquence de la lucidité n'était pas liée à la psychopathologie. Les personnes qui n'avaient pas eu du tout de rêves lucides n'étaient pas plus ou moins déprimées ou anxieuses que celles ayant déclarées avoir fait des rêves lucides. En d'autres termes, le simple fait d'avoir fait un rêve lucide n'est pas un indicateur de l'intensité de la psychopathologie. Mais si vous faites des rêves lucides, leurs caractéristiques sont liées à la psychopathologie. D'où les chercheurs concluent que "la lucidité ne doit pas être considérée comme nécessairement évocatrice de bien-être; elle peut être positive ou négative, selon les caractéristiques de la lucidité".

En psychanalyse voire des bruits de couloirs prétendent également que les rêves lucides donnent accès au subconscient, à l'interprétation des rêves, ils interrompent les cauchemars, ils servent à s'amuser, à s'exercer pour la vie éveillée ou qu'ils permettraient de nous entraîner à avoir une plus grande tolérance à la douleur en manipulant notre réaction. Sans données expérimentales à l'appui, ces affirmations ressemblent beaucoup aux rumeurs que propagent les pseudosciences.

Les cauchemars et l'effet des traumatismes

Les cauchemars sont des rêves pénibles à travers lesquels le rêveur ressent un certain nombre d'émotions dérangeantes. Les réactions courantes à un cauchemar comprennent la peur et l'anxiété. Ils peuvent survenir chez les adultes et les enfant. Les causes comprennent le stress, la peur, un traumatisme, des difficultés émotionnelles, la maladie ainsi que l'utilisation de certains médicaments ou drogues.

En 1900, Sigmund Freud décrivit une catégorie de rêves appelés les "rêves biographiques". Ceux-ci reflètent l'expérience historique d'avoir été enfant sans la fonction défensive typique. De nombreux auteurs s'accordent à dire que certains rêves traumatiques remplissent une fonction de récupération. Dans un article publié en 2009, des chercheurs émettent l'hypothèse que le principal aspect des rêves traumatiques est de communiquer une expérience que le rêveur fait en rêve mais qu'il ne comprend pas. Cela peut aider l'individu à se reconstruire et à se réconcilier suite à un traumatisme.

Le concept de "refoulement" inventé par Freud soutenait que les souvenirs indésirables pouvaient être virtuellement effacés de l'esprit. Mais une étude publiée en 2010 montra que le sommeil n'aide pas les personnes à oublier les souvenirs indésirables. Le sommeil paradoxal pourrait même contrecarrer l'effacement volontaire des souvenirs, les rendant plus accessibles ou plus présents. En d'autres termes, les rêves atténuent le refoulement en permettant à ces souvenirs de resurgir.

Interprétation des rêves

L'interprétation des rêves est du ressort de la psychanalyse, des sciences humaines, et donc loin de porter un avis tranché et définitif sur la question. Nous n'explorerons donc pas ce sujet complexe très débattu.

Disons simplement qu'une étude américaine réalisée auprès de 33 volontaires comprenant 13 hommes et 20 femmes a montré que 48% des personnages rêvés représentaient une personne nommée connue du rêveur, 35% des personnages ont été identifiés par leur rôle social (par exemple un policier) ou leur relation avec le rêveur (par exemple un ami) et 16% n'ont pas été reconnus. Des éléments "bizarres" ont été signalés dans 14% des personnages nommés et génériques (cf. D.Kahn et al., 2008).

Quant à prétendre comme certains que les rêves prédisent le futur, nous ne possédons pas suffisamment de données pour le prouver. Le plus souvent, cela semble être une coïncidence, un faux souvenir ou à l'inconscient reliant des bribes d'informations connues.

Ceci dit, les rêves peuvent aider les personnes à explorer leurs sentiments, leurs croyances et leurs valeurs. Les images et les symboles qui apparaissent dans les rêves auront des significations spécifiques pour chaque personne qui dépendront de leurs expériences et de leur culture.

Maladies du système nerveux

Parmi les nombreuses maladies affectant le système nerveux, la plus commune est la céphalée ou migraine dont l'origine est la plupart du temps liée aux nerfs mais également au manque de sommeil. En Europe, entre 17% (hommes) et 33% (femmes) de la population souffrent de migraines. De façon générale, on estime qu'en Occident 25% de la population souffrent de douleurs chroniques. La douleur est la souffrance qui fait le plus peur aux patients (rappelez-vous les effets d'une mauvaise anesthésie) et handicape le plus et qui est donc traitée en priorité sur la maladie. En effet, si on peut vivre avec une maladie, on ne peut pas supporter longtemps une douleur intense. Nous savons tous également qu'une douleur récurrente nous rend irritable et nous fait perdre notre bonne humeur.

Selon une étude publiée dans la revue "Nature" en 2020, des chercheurs ont découvert que lors d'une anesthésie générale, des neurones peuvent inhiber les signaux de la douleur provenant de 16 zones cérébrales différentes, du moins chez les souris. C'est une piste prometteuse pour tous les malades souffrant de douleurs chroniques.

A lire : L'imagerie médicale, CEA, 2017

Grâce à l'informatique, en quelques décennies l'imagerie médicale obtenue d'abord par des moyens radiologiques puis par RMN avant de passer à l'IRM et au TEP a fait des progrès prodigieux. A gauche, une tomoscintigraphie du cerveau (PET-scan) qui permet d'observer l'anatomie et le fonctionnement du cerveau. Au centre, un scanner IRM révélant une légère commotion cérébrale. A droite, une IRM du tenseur de diffusion ou DTI qui permet de visualiser l'orientation des fibres nerveuses de la substance blanche qui permettent de relier les neurones d'une région du cerveau à l'autre. Documents CHR/U.Lille, T.Anderson et al/BMJ Journals et Laboratoire Yves Joanette.

Concernant les migraines, les médicaments ont un effet limité et par leurs effets secondaires hallucinogènes, les plus puissants sont déconseillés à long terme. En revanche, il existe des dispositifs électroniques tels le Cefaly, un petit stimulateur qu'on applique sur le front qui permet de traiter et de prévenir la migraine. Depuis 2017, il existe également une nouvelle génération de médicaments appelés les anticorps monoclonaux qui peuvent prévenir les migraines.

Rappelons que les anticorps monoclonaux sont des protéines fabriquées en laboratoire qui peuvent se lier à des substances dans le corps. Elles peuvent être utilisées pour réguler des parties de la réponse neurologique ou immunitaire. Les anticorps monoclonaux sont déjà utilisés pour traiter certains cancers (ils peuvent transporter des médicaments, des toxines ou des substances radioactives directement dans les cellules cancéreuses), des maladies inflammatoires et plus récemment contre la Covid-19.

Les patients atteints de troubles neurologiques éprouvent des difficultés fonctionnelles qui entraînent différents maladies parmi lesquelles :

- L'épilepsie, dans laquelle des décharges électriques anormales entre neurones provoquent des crises,

- La maladie d'Alzheimer, qui couvre un large éventail de troubles qui affectent les fonctions mentales, en particulier l'apprentissage et la mémoire (voir plus bas),

- La maladie de Parkinson, qui est une maladie nerveuse progressive qui affecte les mouvements des membres (voir plus bas),

- La sclérose en plaques (SEP), dans laquelle la muqueuse protectrice des nerfs est attaquée par le système immunitaire. C'est une inflammation chronique dont les symptômes sont nombreux comprenant des troubles visuels, des problèmes de coordination, des troubles sensoriels et la paralysie. Dans une étude publiée dans la revue "Nature" en 2022, des chercheurs européens ont découvert l'origine de cette maladie, à savoir que certaines cellules immunitaires sont trop réactives (les récepteurs CD25 sont plus sensibles à la cytokine IL-2) et communiquent mal.

- La sclérose latérale amyotrophique (SLA) ou maladie de Charcot (maladie de Lou Gehrig), est une maladie du motoneurone dégénérative qui affaiblit les muscles et entrave progressivement toutes les fonctions physiques.

- La maladie de Huntington, qui est une maladie héréditaire qui provoque la dégénérescence des neurones. Les astrocytes contribuent à  la maladie.

A gauche, un TEP-scan 3D d'un cerveau normal (haut) et de celui d'un patient dyslexique (bas). Au centre, une greffe neuronale dans la maladie de Huntington. La reconstruction 3D fut réalisée à partir d'images IRM et TEP. Le cerveau est représenté par superposition d'images anatomiques et fonctionnelles. A droite, coupes transversales à hauteur des oreilles d'un cerveau sain comparé à celui d'un patient à un stade avancé de la maladie d'Alzheimer où une grande partie de sa masse cébérale a disparu. On constate une réduction du cortex qui entraîne des lésions dans les régions associées à la pensée, à la planification et à la mémoire. A ce stade avancé, le rétrécissement du cerveau est particulièrement marqué dans l'hippocampe qui assure la formation des nouveaux souvenirs. On observe également un grossissement des ventricules (les espaces remplis de fluides situés à l'intérieur du cerveau). Documents ISM, SHFJ-CEA-CNRS2210 et Alzheimer's association.

Le système nerveux peut également être affecté par des troubles vasculaires :

- L'accident vasculaire cérébral (AVC), qui survient lorsque le cerveau saigne ou qu'il n'est plus oxygéné,

- Les atteintes ischémiques transitoires (AIT), qui sont de petits accidents vasculaires cérébraux qui durent peu de temps mais qui simulent les symptômes d'un AVC,

- L'hémorragie sous-arachnoïdienne, qui saigne spécifiquement entre le cerveau et les méninges qui peut être le résultat d'un traumatisme ou d'une rupture d'un petit vaisseau sanguin,

- Les infections telles que la Covid-19, la méningite, l'encéphalite, la poliomyélite et l'abcès épidural peuvent également affecter le système nerveux. Certaines maladies comme la méningite qui est une inflammation des méninges est soit bénigne s'il s'agit d'un virus soit très grave et contagieuse s'il s'agit d'une bactérie (méningocoque groupe B ou C). Dans le cas d'une contamination bactérienne, le vaccin est efficace dans 90% des cas. Sans traitement, la victime éprouve d'abord des vertiges comme si elle titubait, des maux de tête, elle vomit puis elle peut sombrer dans le coma d'un instant à l'autre. Si elle n'est pas prise en charge d'urgence, même si la personne a toujours présenté une excellente santé, cette infection peut provoquer un décès foudroyant (en 24 heures). Parmi les 10% de patients qui en réchappent, 30% gardent de graves séquelles (reins détruits, problèmes neurologiques, amputation et surdité). En général on ne diagnostique pas l'infection par radiographie ou scanner et a priori rien ne permet de comprendre pourquoi un patient est dans le coma sans signes apparents. Le réflexe immédiat doit être la prise de sang car l'analyse sera sans équivoque et on pourra traiter le malade au moyen d'antibiotiques.

Chaque année, en France une trentaine de jeunes meurent ainsi d'une méningite foudroyante dûe au méningocoque C. En Belgique, bien que la maladie soit rare, en 2016 près d'une centaine de personnes furent infectées par le méningocoque B.

- Les syndromes cérébelleux concernent tous les symptômes relatifs au dysfonctionnement du cervelet et touchant la coordination des mouvements et l'équilibre : tremblements, lenteur des mouvements, baisse du tonus musculaire, etc. Le cervelet interagissant avec d'autres structures nerveuses, il peut entraîner d'autres symptômes apparemment non spécifiques à cet organe d'où l'intérêt des diagnostics croisés par le biais de différents outils d'analyses.

Enfin, il y a la tumeur qui peut être localisée dans n'importe quelle région du corps y compris le cerveau. La tumeur résulte de la prolifération anarchique de certaines cellules qui forment un amas. Elle peut se développer dans n'importe quelle zone du cerveau.

Des neurologues examinant des images CT-scan ou CAT-scan (computed tomography scan) du cerveau à la recherche d'éventuelles tumeurs. Document Gorodenkoff/iStock.

Les tumeurs du cerveau peuvent être "primitives" lorsqu'elles se développent à partir des cellules du cerveau (astrocytes, oligodendrocytes ou épendymocytes). Elles représentent 1% des cancers et sont la première cause de mortalité des pathologies tumorales.

Les tumeurs neuroépithéliales comptent parmi les tumeurs cérébrales primitives les plus fréquentes. Elles proviennent des cellules gliales (on parle alors de gliomes).

Les tumeurs "secondaires" (encore appelées métastases) proviennent d'un cancer antérieur, une tumeur située ailleurs dans l'organisme (poumon, sein, rein ou peau). Il s'agit de tumeurs malignes qui se développent en général dans les cellules gliales (gliomes) qui peuvent être des astrocytomes, des oligodendrogliomes ou des glioblastomes. Les gliomes n'entraînent jamais de métastases dans d'autres organes.

Il existe également des méningiomes qui sont le plus souvent des tumeurs bénignes, sans caractère cancéreux.

Chez l'enfant, les tumeurs cérébrales sont fréquentes et viennent en deuxième position après les cancers du sang (comme les leucémies). Chez l'adulte, les tumeurs cérébrales sont plus rares. En France, on estime qu'entre 2500 à 3000 nouveaux patients développent un gliome chaque année (contre ~40000 nouveaux cancers du sein diagnostiqués chaque année).

Les problèmes d'ordre neurologique étant variés, les traitements le sont également et varient entre les médicaments anti-douleurs (opiacés), les anti-inflammatoires, des stimulateurs nerveux implantés et des dispositifs portables. Quand la médecine traditionnelle devient impuissante face à la douleur, beaucoup de patients se tournent alors vers la médecine alternative à base de plantes et holistique comme l'acupuncture.

Traitement de la maladie de Parkinson

La maladie de Parkinson se manifeste progressivement par des troubles moteurs s'intensifiant au fil des années : perte d'équilibre, difficultés pour marcher, problème de déglutition, etc. Dans la phase avancée de la maladie, le patient peut tomber ou présenter des défaillances cognitives qui imposent une prise en charge sur mesure.

Actuellement on n'en guérit pas mais il existe des médicaments qui réduisent les troubles commes les anti-parkinsoniens (L-Dopa et agonistes dopaminergiques) qui ralentissent la destruction des molécules de dopamine mais ils présentent tous des effets secondaires pouvant aller jusqu'à des hallucinations. Il existe également des médicaments anticholinergiques qui agissent sur les tremblements mais ils perdent leur efficacité au bout de quelques années. On peut également agir dans la forme précoce par une rééducation fonctionnelle. Enfin, dans des cas précis (tremblements sévères, complications motrices, activité artistique de haut niveau, etc), on peut également traiter les tremblements et même les éliminer au moyen de minuscules électrodes implantés dans le cerveau au niveau des noyaux gris centraux qui contrôlent les mouvements.

Tenir l'Alzheimer à l'oeil

Dans une étude publiée en 2018 dans le "Journal of American Medecine Association Ophtalmology", l'ophtalmologue Bliss Elizabeth O’Bryhim de l'Université Washington à St Louis, MI, et ses collègues ont proposé une nouvelle technique pour détecter la maladie d'Alzheimer.

Cette technique est basée sur l'angiographie-OCT ou OCT-A (Optical Coherence Tomographic-Angiography) de la rétine. Selon O'Bryhim, cette nouvelle technique d'imagerie permet de visualiser en trois dimensions les réseaux vasculaires de la rétine. Les zones non vascularisées sont l'un des symptômes précoces de la maladie d'Alzheimer. La technique est non invasive, ne requérant ni injection de produit de contraste ni de produit fluorescent au patient et représente un outil de diagnostic rapide avant d'éventuellement faire subir au patient d'autres tests plus lourds. En effet, des années avant que la maladie se déclare, on observe un amincissement de la rétine du patient et l'apparition de plaques amyloïdes (des dépôts d'agrégats de protéines cérébrales β amyloïdes (βA) qui se manifestent par des taches blanches sur la rétine ( cf. M.Koronyo-Hamaoui et al., 2011) qui vont ensuite envahir le cerveau. Ces plaques amyloïdes sont 4 à 5 fois plus nombreuses chez les Alzheimer. Il s'agit des premiers symptômes neurologiques de la maladie.

Photographie et OCT de la rétine. La fovéa est au centre de l'image entourée de la zone sombre de la macula. La tache brillante à droite est le nerf optique. On distingue également les artères et de petites veines. Document OCT-Optovue.

Selon une étude publiée en 2017 dans la revue "JCI insight" par Yosef Koronyo du Cedars-Sinai Medical Center de Los Angeles et ses collègues, l'administration de curcumine, une substance fluorochrome se liant avec les plaques de protéines β amyloïdes, permettait de détecter leur présence grâce à un simple examen du fond de l'œil. La nouvelle technique d'angio-OCT est plus simple et permet en plus de détecter le manque de vascularisation rétinienne.

Selon l'ophtalmologue Rajendra Apte qui participa à l'étude de O'Bryhim, au niveau de la fovéa qui est la zone de la rétine où notre vue est la plus précise, la plupart d'entre nous présentons une petite zone (quelques millimètres carrés) non vascularisée. Les chercheurs ont découvert que cette zone était significativement plus large chez les patients ayant une maladie d'Alzheimer préclinique. La maladie peut commencer à détruire le cerveau jusqu'à deux décennies avant les premières pertes de mémoire et les premiers troubles neurologiques. Le système nerveux central et la rétine étant liés, les changements survenuant dans le cerveau pourraient donc se refléter dans les cellules de la rétine.

Les chercheurs ont basé leur étude sur l'analyse clinique de 30 patients âgés d'environ 75 ans, n'ayant pas encore de symptômes d'Alzheimer mais présentant déjà un amincissement anormal de la rétine. 17 d'entre eux présentaient également sur les PET-scans ou les ponctions lombaires, des signes précliniques de la maladie. Toutefois, l'étude n'a pas suivi les patients dans le temps pour vérifier s'ils avaient ou non développé la maladie d'Alzheimer. Aussi, avant de poser une relation certaine de cause à effet, les chercheurs doivent reconduire l'expérience sur un beaucoup plus grand nombre de personnes et sur une période plus longue. Cette nouvelle approche reste néanmoins prometteuse.

L'étude antérieure conduite par Koronyo et ses collègues avait également analysé les rétines de 23 patients décédés et les ont comparées à 14 individus d'âge similaire non affectés par la maladie. Ils ont également constaté des signes d'amincissement de la rétine et de dégradations du nerf optique, corrélés à l'accumulation de plaques de β amyloïde dans les rétines des malades d'Alzheimer. Ces dernières pourraient donc être la cause de la baisse de vascularisation au centre de la rétine. De plus, la partie neuronale dans la rétine de ces malades était corrélée avec la perte neuronale dans leur cerveau. Toutefois, d'autres études doivent être réalisées avant l'application clinique de l'angio-OCT.

Concernant les yeux, avoir les pupilles dilatées ou mydriase alors qu'elles devraient être resserrées peut avoir une origine physiologique anormale ou thérapeutique. Avoir les pupilles resserrées ou myosis peut également être lié à une maladie ou à la consommation de médicaments. Dans les deux cas, il est recommandé de consulter un ophtalmologue.

Traitement de la maladie d'Alzheimer

Avec le vieillissement de la population et de meilleurs soins médicaux, la démence a explosé pour devenir la cinquième cause de mortalité dans le monde. La maladie d'Alzheimer représente environ 70% de ces cas, mais on ignore en partie son origine.

Selon les spécialistes, près de 40% des cas de démence peuvent être prévenus en évitant les facteurs de risque : mode de vie sédentaire, alimentation déséquilibrée et isolement social. Cependant, dans 60% des cas, la maladie d'Alzheimer est d'origine génétique.

Illustration du réseau de neurones. Document Whitehoune/iStock.

Selon l'entreprise AXON Neuroscience, cette maladie touche actuellement ~35 millions de personnes dans le monde dont beaucoup de personnes âgées et on estime que d'ici 2050 elle touchera 20% de la population occidentale soit environ 200 millions de personnes.

Pour atténuer les effets de la maladie, les médecins prescrivent des médicaments augmentant le taux d'acétylcholine, un neurotransmetteur qui favorise la communication synaptique entre les neurones (par ex. Donépézil, Rivastigmine, Galantamine, etc). Notons que ces produits ne sont pas des traitements curatifs mais symptomatiques qui améliorent les facultés du patient. Ils sont en vente libre et tous présentent des effets secondaires.

Comme l'ont bien expliqué Yadong Huang et Lennart Mucke de l'Université de Californie (UCSF) dans un article publié en 2012 dans la revue "Cell" et illustré par les schémas présentés ci-dessous, il existe deux principales théories expliquant le mécanisme de propagation de la maladie d'Alzheimer :

- l'hypothèse de l'amyloïde qui agit sur la production de peptide βA à l'origine de l'accumulation de plaque amyloïde autour des neurones

- l'hypothèse de la protéolyse ApoE qui augmente la quantité d'apolipoprotéine E4 exprimée par le gène ApoE4.

Les deux mécanismes s'amplifient avec l'âge et augmentent la production de la protéine Tau (qui interagit avec la tubuline afin de moduler la stabilité des microtubules des axones) qui progresse de neurone à neurone, entraînant un déclin des facultés cognitives pouvant aller jusqu'à la démence sénile.

Un stress ou une blessure peut également induire une surexpression du gène ApoE4 qui va provoquer une augmentation de la protéine Tau qui va interagir et altérer les mitochondries des neurones, deux pathologies qui vont finalement conduire à des déficiences d'apprentissage et de mémorisation (certain dans le cas de Tau et probable dans le cas de l'altération des mitochondries).

Ce sont ces trois mécanismes que les chercheurs étudient pour tenter d'enrayer ou éliminer la maladie.

A gauche, la progression de la maladie d'Alzheimer. Au centre, les deux théories expliquant la maladie d'Alzheimer : l'hypothèse de l'amyloïde et celle de l'ApoE mais qui finalement produisent les mêmes effets, c'est-à-dire un déclin cognitif. A droite, suite à un stress ou une blessure, le gène ApoE peut s'exprimer. Cela provoque une surproduction de la protéine ApoE4 qui va altérer le fonctionnement des neurones et des mitochondries neuronales et conduire à des déficiences d'apprentissage et de mémorisation et dans le pire cas à une démence sénile. Documents frm.org et L.Mucke et al. (2012) adaptés par l'auteur.

Si on considère l'action du gène ApoE4, selon une étude publiée  dans la revue "Neuron" (dont voici un résumé) en 2018 par l'équipe de Li-Huei Tsai du MIT, chez les patiens souffrant de la maladie d'Alzheimer on constate que le gène ApoE4 qui exprime l'apolipoprotéine E4 est trois fois plus fréquent que chez des patients sains. Les chercheurs ont découvert que les cellules exprimant ApoE3 et ApoE4 différaient par l'expression de centaines de gènes - environ 250 gènes ont disparu et 190 sont apparus dans les cellules contenant ApoE4. Leur nombre était encore plus élevé dans les astrocytes (cellules gliales). Ces changements génétiques se sont également traduits par des différences de comportement cellulaire. Les neurones présentant l'ApoE4 ont formé plus de synapses et ont sécrété des niveaux plus élevés de protéine amyloïde qui est néfaste pour le système nerveux. Les chercheurs concluent qu'ils pourraient éliminer les symptômes de la maladie d'Alzheimer en éditant le gène ApoE4 afin de le transformer en sa variante ApoE3 beaucoup plus commune (78% de la population contre 14% pour ApoE4 et 8% pour ApoE2).

Concernant la protéine Tau, des chercheurs américains ont découvert grâce à des expériences réalisées sur des souris qu'il était possible de neutraliser cette protéine à l'origine de la propagation de la maladie en injectant dans le sang de souris des oligonucléotides ou ARN génétiquement modifiés. En 2012 et 2016, des tests furent concluant sur des souris mais furent négatifs sur des singes en 2017.

À terme, et cela peut se compter en quelques années, les chercheurs espèrent développer un vaccin contre la maladie d'Alzheimer.

Une nouvelle étude clinique randomisée de phase II publiée dans la revue "Nature" en 2021 par Petr Novak de l'entreprise AXON Neuroscience et ses collègues montra que le candidat vaccin AADvac1 induit une réponse immunitaire chez les patients souffrant d'une forme modérée de la maladie d'Alzheimer. Les essais furent réalisés sur 193 patients dont 117 ont reçu le candidat vaccin administré en 11 doses et ils furent suivis pendant 24 mois. Les patients sous traitement présentant les biomarqueurs Tau et d'amyloïde ont présenté des niveaux élevés de réponse en anticorps IgG. Selon les chercheurs, "Les résultats suggèrent que le traitement ralentit le déclin cognitif et fonctionnel des patients jusqu'à 30% par rapport au groupe de contrôle". C'est la première fois qu'une immunothérapie ciblant la protéine Tau a un effet positif sur le processus neurodégénératif. A présent, les chercheurs espèrent que les futurs essais cliniques montreront que le candidat vaccin est également efficace contre la forme sévère de la maladie d'Alzheimer.

A gauche, base multifactorielle de la pathogenèse de la maladie d'Alzheimer. A droite, mécanisme de l'expression neuronale de l'ApoE. Documents L.Mucke et al. (2012) adaptés par l'auteur.

Dans une autre étude publiée dans le "Journal of Alzheimer's Disease" en 2018, Ruth F. Itzhaki de l'Université de Manchester et Richard Lathe de l'Université d'Edimbourg ont découvert une corrélation entre l'infection par le virus herpès simplex (HSV-1) et la maladie d'Alzheimer. Les scientifiques ont analysé un rapport publié par des chercheurs taïwanais qui avaient examiné plus de 8300 patients de plus de 50 ans ayant souffert de graves infections herpétiques et qui furent soignés avec des médicaments antiviraux très puissants. Un groupe de contrôle de 25000 personnes non affectés servit de témoin. Cette étude révéla que le risque de démence sénile après avoir subi ce traitement avait été réduit d'un facteur 10. De plus, les médicaments anti-herpétiques ont empêché le développement tardif de la démence chez 90% des patients étudiés. C'est la première fois qu'on établit un lien de causalité entre l'infection par le virus herpès simplex et la maladie d'Alzheimer. Une étude similaire fut publiée par l'équipe de William A. Eimer dans la revue "Neuron".

On sait également que la neuritine est un neurogène, une protéine qui participe à la neuritigenèse ou croissance des neurites, c'est-à-dire le prolongement cytoplasmique du neurone. Cette protéine exprime le facteur de transcription Foxp3+, également connu sous le nom du "gène de plasticité candidat 15", et est présente dans les lymphocytes T CD4 auxiliaires, également appelés les cellules T CD4 régulatrices folliculaires (Tfr) qui interviennent dans le cerveau et le système nerveux.

Une déficience en neuritine provoque des dégénérescences cérébrales comme la maladie d'Alzheimer. Si on pouvait normaliser son activité on pourrait éviter les déficits neuraux de la maladie qui se manifestent par la perte de synapse et l'atrophie de neurites à l'origine des troubles de la mémoire (cf. legatechnics).

On reviendra sur la neuritine car on a récemment découvert qu'elle pourrait jouer un rôle clé contre les allergies et les maladies auto-immunes (cf. le système immunitaire).

Après des décennies de recherche, d'espoir et de déception, l'équipe de Stephen S. Dominy de l'entreprise biopharmaceutique Cortexyme annonça dans la revue "Sciences Advances" en 2019 avoir des preuves convaincantes que la maladie d'Alzheimer est causée par la bactérie Porphyromonas gingivalis impliquée dans une maladie parodontale (maladie des gencives comme la gingivite).

La bactérie Porphyromonas gingivalis à l'origine d'une maladie des gencives serait aussi impliquée dans la maladie d'Alzheimer. Document A.Dowsett, Public Health England / Science Photo Library.

Lorsque les chercheurs ont transmis des P.gingivalis à des souris, elle entraîna la production de protéases toxiques, des gingipaïnes qui sont des molécules neurotoxiques agissant sur la protéine Tau. L'effet de la maladie entraîna une infection cérébrale, une production d’amyloïde, des enchevêtrements de protéines Tau et des lésions neurales dans les régions cérébrales et les nerfs normalement affectés par la maladie d’Alzheimer.

Selon Casey Lynch, coauteure de cette étude, présidente et cofondatrice de Cortexyme, "cela suggère un lien de causalité. P.gingivalis remplit un ensemble de critères attribuant la maladie à un agent pathogène particulier", ce qu'on appelle les postulats de Koch par référence à Robert Koch, fondateur de la théorie des germes des maladies.

Mais pour être convaincantes, les futures études doivent être conduites sur l'être humain. Actuellement, les chercheurs ignorent comment P.gingivalis s’infiltre dans le cerveau, mais il existe plusieurs voies possibles. La bouche par exemple héberge normalement une communauté de bactéries diversifiée et relativement stable, mais lorsque la plaque dentaire se forme sous le bord des gencives, elle peut créer des poches d'inflammation dans lesquelles P.gingivalis peut se développer et libérer ses toxines.

Outre une inflammation bénigne qui peut remonter jusqu'aux yeux (orgelet et uvéite) ou former un abcès douloureux à traiter rapidement (dans les 2 semaines), cette inflammation peut entraîner une parodontite chronique, un déchaussement et une perte de dents.

Certaines études ont montré que les personnes ayant perdu des dents sont plus susceptibles d'être atteintes de démence. En effet, l'inflammation et les toxines engendrées par P.gingivalis endommagent la muqueuse buccale, ce qui offre l'opportunité aux bactéries de pénétrer dans la circulation sanguine puis dans d'autres organes. Selon Lynch, "même si vous n'avez pas de gingivite, des dommages transitoires à la muqueuse buccale causés par l’alimentation ou le brossage des dents peuvent faciliter le transit des bactéries buccales vers le sang." La barrière hémato-encéphalique devrait protéger le cerveau contre les microbes mais P.gingivalis peut envahir les globules blancs et les cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins et ainsi atteindre le cerveau. Ces bactéries peuvent également envahir les nerfs crâniens situés près de la bouche puis se propager de cellule en cellule vers le cerveau sur une période de plusieurs années.

Quant à savoir comment P.gingivalis pourrait provoquer la démence après avoir atteint le cerveau, l'explication n'est pas encore certaine. Soit cela peut déclencher la libération d'amyloïde - la méthode utilisée par le cerveau pour contenir l’infection - ce qui peut alors tuer des neurones. Soit P.gingivalis peut directement endommager le cerveau. Selon Lynch, "nous savons déjà que la maladie d’Alzheimer implique une inflammation, une réponse immunitaire excessive qui tue les neurones au lieu de les protéger. On sait que P.gingivalis provoque une inflammation des tissus gingivaux et il peut en être de même dans le cerveau.".

De solides preuves génétiques indiquent également que des facteurs autres que les infections bactériennes sont au cœur du développement de la maladie d'Alzheimer. Ces nouveaux résultats doivent donc être pris en compte par les chercheurs.

Enfin, rappelons que comme le SIDA, la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson sont liées au cycle de vie des cellules et notamment au phénomène d'apoptose ou mort programmée de la cellule (cf. la mort cellulaire). Si les chercheurs parviennent à contrôler l'apoptose, cela permettrait de mieux traiter ces maladies.

De futurs vaccins contre la maladie d'Alzheimer

Bonne nouvelle, il existe deux candidats vaccins contre la maladie d'Alzheimer. Etant donné que 60% des Alzheimers ont hérité d'une maladie génétique, savoir qu'il existerait bientôt un vaccin pour lutter contre ces défauts signifierait un changement majeur dans l'approche de cette maladie. Ce serait une excellente nouvelle pour les millions de personnes touchées par cette maladie neurodégénérative débilitante.

Document Shutterstock.

Le premier traitement est un vaccin qui s'administre par voie nasale à l'aide d'un spray. Il a été développé par des chercheurs du Brigham and Women's Hospital de Boston il y a quelques années déjà, les premières études sur son efficacité ayant été publiées en 2005, 2008 et 2012 (cf. H.L. Weiner et al., 2012). ll fut testé avec succès sur des cobayes et est en phase des essais cliniques depuis 2021. Selon le Dr Howard L. Weiner, responsable de ce projet, codirecteur du Ann Romney Center for Neurological Diseases et professeur de neurologie à l'Ecole de Médecine d'Harvard, "tester le premier vaccin nasal contre la maladie d'Alzheimer chez l'homme est un résultat remarquable pour la science".

Les chercheurs espèrent que le vaccin stimulera les globules blancs dans les ganglions lymphatiques du cou pour "nettoyer" les protéines β amyloïdes des vaisseaux sanguins du cerveau, qui représente le facteur majeur dans l'apparition de symptômes spécifiques de la maladie.

Le second traitement est un vaccin combiné à un traitement par anticorps. Selon une étude publiée dans la revue "Nature" en 2021, une équipe de chercheurs britanniques a développé un candidat vaccin qui pourrait inverser les effets et même éviter la maladie d'Alzheimer. Le candidat vaccin détruit les protéines anormales du cerveau et restaure la mémoire.

Des études précliniques sur le traitement par anticorps et sur le candidat vaccin ont réduit les symptômes d'Alzheimer chez deux modèles différents de souris souffrant de la maladie. Au lieu de cibler la protéine βA, les nouveaux anticorps et vaccin ciblent une forme différente de la protéine et neutralisent les formes courtes et solubles de β amyloïdes. L'anticorps modifié appelé TAP01_04 a été adapté de façon à ne pas attaquer le système immunitaire. L'anticorps ne se lierait pas à la protéine normale ni aux plaques amyloïdes.

L'imagerie médicale a montré que les deux méthodes restaurent la fonction neuronale. Elles augmentent aussi le métabolisme du glucose dans le cerveau et restaurent la mémoire perdue. De plus, le traitement a réduit la formation des plaques amyloïdes, même quand elles n'étaient pas directement ciblées.

Si le traitement est efficace sur les humains, il pourrait transformer la vie de millions de patients. En attendant, il faut encore procéder aux essais cliniques. S'ils sont positifs, on pourra traiter les Alzheimers dès l'apparition des symptômes et probablement éviter la maladie grâce à la vaccination. On a déjà évalué le prix de la dose de ce candidat vaccin à 20$ ou 18 €.

L'effet bénéfique du sildénafil contre l'Alzheimer

Dans une étude publiée dans la revue "Nature Aging" en 2021, l'équipe de Feixiong Cheng, biologiste à l'École de Médecine de l'Université de Case Western Reserve en Ohio, a découvert que l'utilisation du sildénafil - la molécule active du Viagra utilisée jusqu'à présent pour le traitement de la dysfonction érectile et de l'hypertension pulmonaire - réduit sensiblement les effets de la maladie d'Alzheimer.

Selon les chercheurs, la prise de sildénafil réduit le risque de développer la maladie d'Alzheimer de 69% par rapport aux non-utilisateurs, une réduction qui est plus forte que d'autres types de médicaments également étudiés dans l'étude dont le losartan, la metformine, le diltiazem et le glimépiride.

Cette conclusion est basée sur une méta-analyse pharmaco-épidémiologique des données de réclamation d'assurance-maladie de plus de 7.23 millions d'Américains montrant que les demandeurs qui ont pris le médicament présentaient une probabilité nettement inférieure de développer la maladie d'Alzheimer au cours des 6 prochaines années de suivi, par rapport aux patients témoins qui n'ont pas pris de sildénafil.

Une tablette de sildénafil générique. Document T.Lombry.

Il faut toutefois tempérer cette conclusion en soulignant que les associations observées - même à grande échelle - ne sont pas identiques à la preuve d'un effet causal. En effet, il est par exemple possible que les personnes de la cohorte qui ont pris du sildénafil aient bénéficié d'un autre facteur expliquant leurs chances accrues de ne pas développer la maladie d'Alzheimer.

Néanmoins, les chercheurs affirment que la corrélation décrite - en plus d'autres indicateurs de l'étude - est suffisante pour identifier le sildénafil comme un médicament candidat prometteur pour lutter contre la maladie d'Alzheimer.

Selon Cheng, "En particulier, nous avons constaté que l'utilisation du sildénafil réduisait le risque de maladie d'Alzheimer chez les personnes atteintes de maladie coronarienne, d'hypertension et de diabète de type 2, qui sont toutes des comorbidités significativement associées au risque de la maladie, ainsi que chez celles qui n'en souffrent pas".

Ce n'est pas la première fois que l'utilisation du sildénafil est associée à des effets positifs sur la santé. En effet, ce médicament a déjà donné de bons résultats contre certains cancers et le paludisme parmi d'autres maladies. Il améliore également la cognition et la mémoire dans les modèles précliniques.

Dans ce cas ci l'effet positif du sildénafil serait lié à ses interactions avec l'amyloïde et les protéines tau impliquées dans la pathologie d'Alzheimer. Selon Cheng, "Des études récentes montrent que l'interaction entre l'amyloïde et la protéine tau contribue davantage à la maladie d'Alzheimer que l'une ou l'autre seule. Nous avons émis l'hypothèse que les médicaments ciblant l'intersection du réseau moléculaire des endophénotypes amyloïde et tau devraient avoir le plus grand potentiel de succès".

Dans des expériences distinctes étudiant des cellules cérébrales humaines in vitro pour explorer comment le sildénafil pourrait conférer une protection contre le déclin cognitif d'Alzheimer, les chercheurs ont observé que les neurones traités avec le médicament présentaient une croissance élevée et une accumulation réduite de protéine Tau.

Mais la viabilité du sildénafil devra être explorée et éventuellement confirmée par de futurs essais cliniques randomisés conçus pour vérifier si la causalité existe bel et bien. Selon Cheng, la prochaine étape est de réaliser "un essai mécanistique et un essai clinique randomisé de phase II pour tester la causalité et confirmer les avantages cliniques du sildénafil pour les patients atteints de la maladie d'Alzheimer".

L'insomnie, une origine génétique ?

L'insomnie n'est pas à proprement parlé une maladie nerveuse mais on la classe généralement parmi celles-ci car certains facteurs sont d'origine nerveuse.

L'insomnie est un trouble du sommeil généralement provoqué par des facteurs de stress (travail, perte d'emploi, deuil, maladie, détresses diverses), l'ingestion d'aliments (repas lourd ou caféine avant d'aller dormir), de médicaments, le jet lag, etc. qui peut durer entre quelques jours et trois mois. Au-delà de cette durée et sans relation directe à un facteur de stress ou la nourriture, on parle d'insomnie chronique ou psychophysiologique.

Les mécanismes biologiques de l'insomnie sont mal compris, raison pour laquelle il n'existe pas (encore) de remède approprié dont l'efficacité serait garantie. Si les somnifères peuvent soulager les patients, ce n'est certainement pas une solution à long terme car elle interfère avec le rythme circadien et les hormones dont la production de mélatonine ou "hormone du sommeil" par l'épiphyse (cf. le système endocrinien); ce n'est donc pas une solution naturelle.

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Parfois l'insommie ou les troubles du sommeil disparaissent dès lors que le stress disparait. Ainsi des personnes travaillant obligées de prendre des somnifères pour récupérer quelques heures de sommeil constatent que durant une longue période de chômage ou arrivée à la pension, elles n'ont plus besoin de médicaments pour dormir. Leur rythme de vie a changé et le fait de ne plus devoir se réveiller à heure fixe et parfois très tôt pour aller travailler, à supprimer ce stress involontaire et resynchronisé leur horloge biologique avec leur emploi du temps. Mais tout le monde ne peut pas en dire autant et principalement les personnes anxieuses.

Certains troubles du sommeil sont liés à des apnées nocturnes involontaires que l'on peut traiter par un suivi médical dans un "laboratoire du sommeil" mais d'autres manifestations auraient une origine purement nerveuse. Toutefois, des études ont suggéré qu'il pourrait exister un lien génétique car le manque de sommeil semble commun dans certaines familles.

Bien que des études ont déjà permis d'identifier des gènes liés à l'insomnie, récemment l'équipe de Danielle Posthuma, professeur de génétique statistique à l'Université Libre d'Amsterdam analysa une base de données génétiques impliquant plus de 1.3 million de personnes, dont celles de UKBiobank dont certaines avaient passé un test génétique auprès de la société privée 23andMe. Les résultats de leurs travaux furent publiés dans la revue "Nature Genetics" en 2019.

En associant des gènes communs à des habitudes de sommeil, les chercheurs ont pu identifier 202 loci impliquant 956 nouveaux gènes dont les variants contribuent au risque d'insomnie. Ils ont ensuite examiné quels types de cellules et quelles régions du cerveau utilisaient ces gènes.

Certains gènes jouent un rôle important dans la fonctionnalité des axones. D'autres sont actifs dans les neurones du cortex frontal et des noyaux sous-corticaux du cerveau qui avaient déjà été identifiés dans des études d'imagerie cérébrale chez des personnes souffrant d'insomnie.

Comme d'autres troubles neuropsychiatriques, l'étude a montré que l'insomnie est influencée par une centaine de gènes, chacun ayant un effet mineur. Individuellement, ces gènes ne sont pas très intéressants mais c'est leur effet combiné qui accroît le risque d’insomnie.

Les chercheurs furent étonnés de constater qu’il y avait peu de chevauchement entre les gènes nouvellement identifiés et ceux connus pour être impliqués dans d'autres caractéristiques du sommeil, comme l'heure du jour (le matin ou le soir). Au lieu de cela, ils constatèrent beaucoup de chevauchements avec les gènes impliqués dans la dépression et l'anxiété. Ceci suggère que les circuits cérébraux régulant les émotions, le stress et la tension pourraient être des cibles potentiellement prometteuses pour les traitements de l'insomnie. Sans généraliser, de fait beaucoup de personnes stressées ou anxieuses présentent des troubles du sommeil face auxquels aucun remède n'est efficace (à part la prise de somnifères à forte dose mais dont la prescription à long terme est déconseillée).

Spécialistes : Neurologue, neurophysiologiste, ophtalmologue, psychiatre.

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