Cours : A quoi sert le cerveau et son étude?



Le cerveau est l'organe humain qui présente en apparence le plus de complexité. C'est également le plus étudié et pourtant, le plus méconnu : il garde encore de nombreux mystères, que le développement des nouvelles technologies et méthodes d'investigation permet de résoudre progressivement... tout en apportant de nouvelles questions.

A quoi sert le cerveau?

Le cerveau est vu comme un organe complexe, donnant à chacun la personnalité qui lui est propre, lui permettant de ressentir son environnement, l'autorisant à agir sur celui-ci.
Les études explorant son fonctionnement et ces capacités ont regroupé celles-ci en grandes fonctions cognitives, principales, d'où dérive l'ensemble des fonctions classiques dont le langage permet la description. Tristesse, joie, intelligence, sens commun, motricité, sensation... Tous ces concepts pour lesquels le langage possède des descriptions en mots de ce qu'est l'homme, de ce qu'il fait et pense, découlent des fonctions cognitives qui en sont la base :
  • Sensation et Perception : on partage les sensations (on reconnaît tous, par exemple, les couleurs comme le bleu) mais pas les perceptions (on reconnaîtra une eau comme étant sucrée, mais certains la trouveront trop sucrée et d'autres pas assez). Sensations et perceptions sont les fonctions cognitives qui nous permettent de percevoir le monde, de le reconnaître, de l'identifier. Reconnaître un visage, écouter une parole, sentir une odeur... Tous ses phénomènes relèvent des organes sensoriels et des régions cérébrales qui permettent de transformer le signal perçu et de l'intégrer, par exemple pour l'identifier.
  • Motricité : le cerveau commande quasiment tout l'ensemble des muscles. Certaines fonctions motrices, telles que lever un bras, courir, sont des fonctions que l'on connait bien et associe spontanément au contrôle musculaire. Mais le cerveau contrôle également d'autres fonctions motrices moins évidentes : contrôle vestibulaire (équilibre), pression sanguine...
  • Mémoire (et indissociablement Apprentissage) : acquérir, stocker et réutiliser les connaissances, constituent des processus essentiels nous permettant de nous adapter à l'environnement, en utilisant vécu et connaissances d'expériences antérieures pour modifier nos comportements, généralement dans un but d'optimisation.
  • Sommeil et éveil : inactivation du rythme circadien, sécrétion du facteur S inhibant les décharges de sérotonine et d'acétylcholine, toutes ces régulations permettent à l'individu d'organiser sa vie en cycle de repos et d'activité, essentiels pour le maintien de la vie jour après jour.
  • Vigilance et attention : Avant d'agir sur l'environnement ou de collecter des informations sur lui, encore faut-il focaliser son attention sur les signaux que l'environnement ou l'homme lui-même, émet. Toutes les informations collectées ne sont pas forcément retenues (par exemple, on ressent nos vêtements mais la plupart du temps, on n'y prête aucune attention). De bonnes vigilance et attention permettent un meilleur apprentissage. Elles permettent également de mobiliser ses ressources cognitives vers un but.
  • Cognition : pensées, conscience, … Tout ce qui caractérise l'être humain en tant qu'être pensant unique, relève des processus cognitifs que l'on nomme "supérieurs" : langage, raisonnement, contrôle de l'action, intelligence.
  • Comportements végétatifs : besoins d'alimentation, reproduction… Certaines fonctions physiologiques sont également essentielles au maintien de l'intégrité physique, ou à des considérations de l'évolution. Plusieurs aspects non-contrôlés volontairement (comportements végétatifs) sont quand même pris en charge par le cerveau de façon automatique.
  • Rythmes biologiques : le cerveau possède une horloge interne (horloge biologique) très étudiée car elle mène à beaucoup d'applications (syndrome de dépression saisonnière, cycles d'éveils)
Le cerveau est une plaque tournante de l'organisme, gérant à la fois les informations sensorielles externes (vue, toucher) et internes (glycémie, tension), et ajustant les fonctions internes en fonction des paramètres internes et externes, donc en fonction des informations sensorielles. Par la vigilance et l'attention, il effectue un tri de l'information dans le but d'optimiser l'apprentissage et la rétention en mémoire, en même temps que de donner des buts à atteindre, et de s'y focaliser. La mémoire permet d'adapter le comportement afin de garantir l'atteinte de ces buts.
Le cerveau agit ainsi comme interface entre le corps et l'environnement, on le qualifie de système stimulo-intégrateur et psycho-intégrateur. Le cerveau pèse en moyenne 1.5 Kg mais son poids n'a aucun lien avec ses capacités : on estime généralement que la surface de cortex, donc le nombre de neurones et la complexité du réseau neuronal, reflète davantage les capacités d'une espèce. Le cerveau contiendrait environ 100 milliards de neurones.

En tant que régulateur du corps et de son fonctionnement, le cerveau intègre également les informations liées à l'immunité et aux hormones, et agit sur elles. Le système immunitaire, le système endocrinien, et le cerveau constituent 3 systèmes établis dans une relation d'homéostasie. La variation de l'un provoque inévitablement les variations des autres, généralement, dans le but de compenser ces variations (considérées comme des agressions à l'intégrité du corps). Par exemple, le stress provoque une baisse d'efficacité du système immunitaire, et peu parfois entraîner des troubles endocriniens. A l'inverse, des maladies touchant le système immunitaire comme le Sida, peuvent entraîner des pathologies cérébrales et endocrines.
                                           
Le cerveau s'inscrit dans le corps comme un système régulateur dont les ambitions visent à améliorer la stabilité du corps, conserver son intégrité face au monde extérieur et aux agressions internes, l'adapter aux circonstances, dans le but ultime de préserver et perpétuer la vie.

La diversité des questions dans l'étude du cerveau

De nombreuses questions se posent quant à la structure ou le fonctionnement du cerveau, et l'on peut se placer, pour y répondre, à plusieurs niveaux : du substrat élémentaire (par exemple, synapses et leur fonctionnement) aux fonctions cognitives d'ordre supérieur : comment telle molécule agit au niveau cellulaire, quelles en sont les répercussions sur les grandes fonctions cognitives?

On étudie le cerveau sous l'angle de son anatomie, des ses caractéristiques fonctionnelles à des niveaux élémentaires, parfois artificiels (simulation de réseaux et étude de la transmission du signal), des niveaux intermédiaires, voire, dans le fonctionnement envisagé de manière globale. Il existe donc de nombreux niveaux d'étude : molécules, organites, cellules, groupe de cellules, réseaux, zones cérébrales, aires cérébrales, hémisphère, cortex, cerveau entier...

Il y a également une diversité notable des modèles d'études : le cerveau de l'homme sain, le cerveau de l'homme malade, le cerveau des animaux, les simulations informatiques...
Par conséquent, existe également une grande diversité au niveau des méthodes d'études, organisées autour de trois approches principales :
  • L'approche anatomique, morphologique (descriptive) : cette approche vise à renseigner sur la structure cérébrale, aux différents niveaux d'études (concentration chimiques, structures cérébrales, formes des réseaux).
  •  L'approche fonctionnelle étudie le comportement du cerveau, ses effets, la façon dont il gère le corps et amène l'homme à percevoir son environnement et agir sur celui-ci.
  • L'approche clinique : avec une visée de recherche mais également et principalement thérapeutique, on effectue les études chez des sujets pathologiques (patients)
Les technologies issues des autres disciplines (physique, chimie, biologie...) sont régulièrement adaptées aux besoin de la recherche et des soins du cerveau, augmentant ainsi le panels d'outils et de méthodes propices à une meilleure étude du système nerveux central. Des techniques comme le séquençage de génome, l'imagerie médicale, et bientôt les nanotechnologies, enrichissent le champs de recherche et élargissent la compréhension de l'organe le plus mystérieux de l'homme.
   
Quels en sont les enjeux?
   
2 enjeux principaux motivent l'étude du cerveau :
  • La recherche fondamentale : de tout temps et en toute circonstances, l'homme a cherché à comprendre le monde et a expliquer les lois qui y régissent.
  • L'aspect clinique et thérapeutique. Nombre de maladies ont des composantes physiologiques nerveuses, comme la Maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson ou la chorée de Huntington,… Avec le temps et les nouveaux outils d'investigations, de nombreuses maladies mentales et psychiatriques, considérées comme relevant de la psychologie pures auparavant, révèlent leurs liens, progressivement, avec le cerveau, sa constitution, son développement : dépression, 'anxiété, schizophrénie et psychoses maniaco-dépressives,...  Toutes ses pathologies bénéficient de l'avancée de la recherche et des études sur le cerveau.