Par FELIPE APL COSTA

Ce n'est pas toi qui contrôles ton corps, c'est ton cerveau

Systèmes d'intégration et de contrôle

Le corps humain dispose de deux systèmes de contrôle : le système nerveux (SN) et le système endocrinien. Le premier est un système d'action rapide et fugace, qui fonctionne par impulsions électriques, un type de signal transmis à des vitesses très élevées (par exemple 100 ms^-1). Cela apporte de l'agilité, au point que le temps de réaction du système, dans certains cas, est pratiquement nul.

Le second est un système d’action lente et durable, qui fonctionne grâce aux hormones, substances chimiques transmises par la circulation sanguine. La vitesse de transmission est beaucoup plus lente, une différence qui explique en partie pourquoi le temps de réaction ici est beaucoup plus lent. Le signal, cependant, est persistant : tant que l’hormone circule dans le sang, les cellules dotées des récepteurs appropriés continuent de répondre.

Une autre différence importante concerne la taille de la cible et la précision du contrôle. L'impulsion transmise par une chaîne de neurones est capable d'atteindre un petit groupe de cellules motrices voire une seule cellule individuelle. La circulation sanguine ne le permet pas. À proprement parler, les hormones qui passent dans le sang affectent toutes les cellules qui portent leurs récepteurs respectifs.

Dans ce qui suit, nous examinerons certains aspects de notre système nerveux.

Accords avec des crânes

Le système nerveux des crânes – lire : accords avec un crâne – est formé par (i) le cerveau, un ensemble de structures enfermées dans le crâne, avec un accent sur le cerveau, une masse de cellules de consistance gélatineuse et d'aspect globuleux (notamment dans le cas des oiseaux et des mammifères) ; et par (ii) la moelle épinière, un tube cylindrique qui s'attache à l'arrière du cerveau et traverse l'intérieur de la colonne vertébrale.

Selon Hildebrand & Goslow (2008, p. 319 et 321) : « Le cerveau est l'organe le plus complexe du corps et aussi l'organe le plus merveilleux pour de nombreuses personnes. […] Le cerveau ne se contente pas de transmettre, de rejeter ou de stocker des informations dans les 3 milliards d'impulsions qui atteignent ses 10¹⁰ cellules chaque seconde d’éveil. Il transforme l’information, l’adapte et choisit entre des réponses alternatives d’une manière qui dépasse notre compréhension actuelle.

D'où vient le cerveau ?

Contrairement à la moelle, qui a relativement peu changé au cours de l’histoire évolutive des vertébrés, le cerveau a subi des changements notables, que ce soit en taille ou en forme (voir Fig. 1).

Le cerveau mature se développe à partir de trois régions embryonnaires : le prosencéphale (ou cerveau antérieur), le mésencéphale (cerveau moyen) et le cerveau postérieur (cerveau postérieur). Chaque région donne naissance à des organes ou tissus dotés de fonctions spécifiques. Le cerveau est l’un de ces organes, le cervelet en est un autre.

La taille du cerveau a considérablement augmenté depuis l’apparition des crânes. Tant en termes absolus que relatifs. Voyez, par exemple, comment le rapport (cerveau) : (médulla) varie entre différentes lignées. Chez les plus anciens (poissons et amphibiens), la proportion est d'environ 1 : 1, c'est-à-dire que le cerveau et la moelle épinière ont plus ou moins la même masse. Cependant, parmi les mammifères, le rapport est très inégal, atteignant 50 : 1 chez l’homme. La masse de notre cortex cérébral, par exemple, est d'environ 882 g (soit 8 × 10¹⁰ cellules), tandis que celle de la moelle ne dépasse pas 18 g (2,1 × 10⁹ cellules).

La taille du cerveau

Un autre type de comparaison pertinente concerne la taille du cerveau (ou du cerveau) par rapport à celle du cerveau. la taille du corps. Il existe une corrélation positive très significative entre l’un et l’autre. Voici le commentaire de Bonner (1983, p. 67-8) : « Il existe une corrélation inverse directe entre le moment de l'apparition d'un groupe dans l'histoire de la Terre et les dimensions du cerveau de ce groupe. À une extrémité du spectre, les poissons ont un petit cerveau et à l’autre extrémité, les mammifères en ont un plus gros. Cela suggère une tendance vers une augmentation de la capacité d’apprentissage, vers une augmentation de la flexibilité de réponse. Notons cependant que cette expansion cérébrale correspond probablement, en grande partie, à l’expansion de nouvelles niches et pas seulement à l’élimination d’animaux au cerveau plus petit. […] Les poissons existent toujours, et ils sont abondants et réussissent en tant que groupe, malgré la relative insignifiance de leur cerveau.

Mais il existe des écarts importants par rapport à cette corrélation. Parmi les mammifères, par exemple, les primates se distinguent par leur cerveau particulièrement gros. Plus grand que ce à quoi on pourrait s’attendre si l’on prenait uniquement en compte la taille du corps. Parmi les primates, les humains se démarquent encore plus.

Voici la caractérisation de Lewin (1999, p. 448-50) : « [On] peut dire que la taille du cerveau des australopithèques était de près de 400 cm.³, et qui n'a que légèrement augmenté tout au long de l'histoire de ce genre. Une expansion plus marquée est observée avec l'origine du genre Homo, plus précisément le Homo habilis/Rudolfensis, qui vivait il y a entre 2,5 et 1,8 millions et avait une taille de cerveau de 650 à 800 cm³. La variation de taille pour le Homo ergaster/érection, daté d'il y a 1,8 million à 300.000 850 ans, mesure 1.000 à un peu plus de XNUMX XNUMX cm³. Mesures équivalentes pour Homo sapiens les arbres archaïques mesurent entre 1.100 1.400 et plus de XNUMX XNUMX cm³, c'est-à-dire plus grand que chez l'homme moderne. En utilisant le quotient d’encéphalisation (EQ), une mesure de la taille du cerveau par rapport à la taille du corps, nous pouvons discerner cette progression de manière plus objective. Les espèces d'australopithèques ont un QE d'environ 2,5, contre 2 pour le chimpanzé commun, 3,1 pour le premier Homo ergaster/érection, et 5,8 pour les humains modernes.

Des relations comme celles-ci (je veux dire : corrélation cerveau/moelle épinière ou corrélation cerveau/corps) sont converties en indices qui peuvent être utilisés pour comparer le degré d’intelligence de différents groupes d’animaux. En règle générale, plus la taille relative du cerveau est grande, plus le degré d’intelligence est élevé. Une affirmation ancrée dans certaines hypothèses biologiques. Comme le définit Jerison (1985, p. 106) : « L’intelligence biologique chez les adultes représentatifs d’une espèce est la conséquence comportementale de la capacité de traitement de l’information neuronale disponible, en plus de celle nécessaire au contrôle des fonctions générales du corps. »

Sachant que le cerveau est le centre de contrôle des autres organes du corps, il n’est pas surprenant que les animaux plus gros aient un cerveau tout aussi plus gros. Après tout, si le corps d’un animal abrite plus de cellules, il faut davantage de neurones pour les contrôler.

Le système nerveux humain

Notre système nerveux peut être divisé en (i) système nerveux central (SNC) ; (ii) système nerveux périphérique (SNP) ; et (iii) une division autonome, qui comprend le sympathique et le parasympathique. Cette distinction est à la fois morphologique et fonctionnelle, même si les trois portions sont interdépendantes.

Le système nerveux central est une région qui reçoit et traite les stimuli et émet des réponses. Ses éléments constitutifs sont logés à l’intérieur du squelette axial : le cerveau, à l’intérieur du crâne, et la moelle épinière, à l’intérieur de la colonne vertébrale. Dans ce qui suit, nous ne parlerons que du cerveau.

Le développement du cerveau

Le cerveau est formé d’une structure embryonnaire appelée tube neural, elle-même issue d’une structure antérieure appelée plaque neurale.

Le tube neural se forme vers la quatrième semaine de gestation, lorsque l'embryon est âgé de 26 à 29 jours. L'émergence de cette structure marque le début d'une phase de développement appelée neurulation. Encore quelques jours et il sera possible d'observer la présence de dilatations dans la partie antérieure du tube. Il s’agit des principales régions cérébrales (cerveau antérieur, mésencéphale et cerveau postérieur), déjà mentionnées ci-dessus.

Les trois régions seront divisées en cinq : (i) Prosencéphale – Il s’agit de la dilatation la plus antérieure. Au cours du développement, les parties latérales se dilatent, au point de recouvrir et de cacher la partie centrale. Donne naissance au télencéphale et au diencéphale ; (ii) Mésencéphale – Ne se subdivise pas. Chez l'embryon mature, il continue à être reconnu comme un canal plus ou moins étroit ; et (iii) Cerveau postérieur – Il s’agit de la dilatation la plus postérieure. Il traverse une subdivision longitudinale donnant naissance au métencéphale et au myélencéphale.

Ces cinq régions donneront ensuite naissance aux structures qui composent le cerveau (par exemple, le cerveau, le cervelet et la moelle allongée). Voyons.

Le cerveau mature

D'abord. Le télencéphale et le diencéphale donnent naissance au cerveau. Le premier donne naissance aux deux hémisphères cérébraux. Séparés par une fissure profonde, les hémisphères sont reliés par une structure médiale appelée corps calleux. Il existe des connexions plus petites, mais le corps calleux est principalement responsable de la connexion entre les deux hémisphères,

La surface externe du cerveau, comme beaucoup d’entre nous l’ont constaté, présente un curieux motif de gyri ou de circonvolutions, séparées par des fentes (ou fissures) de profondeur variable. La croissance latérale exagérée du télencéphale recouvre presque entièrement le diencéphale, qui reste comme structure unique, en position médiane.

Les parois du diencéphale donnent naissance au thalamus et autres éléments similaires (c'est-à-dire le métathalamus, l'hypothalamus, l'épithalamus et le sous-thalamus).

Deuxième. Le mésencéphale change relativement peu et reste le même nom.

Troisième. Le métencéphale donne naissance au cervelet et au pont, tandis que le myélencéphale donne naissance à la moelle allongée. La surface du cervelet est recouverte de sillons (fissures) de profondeur variable. Ces fissures divisent l'organe en lobes ; ceux-ci ne présentent cependant pas la spécialisation topographique observée dans les hémisphères cérébraux.

Le cerveau mature abrite donc trois ensembles de structures (i) le cerveau (hémisphères cérébraux, thalamus, etc.) ; (ii) le tronc cérébral (mésencéphale, pont et bulbe rachidien), qui rejoint les hémisphères par l'intermédiaire des pédoncules dits cérébraux ; et (iii) le cervelet.

En plus du système nerveux central, le corps humain est équipé d'un système nerveux périphérique (SNP) et d'un système nerveux autonome (SNA).

Système nerveux périphérique.

Le système nerveux périphérique comprend les terminaisons nerveuses, les ganglions et les nerfs. Les terminaisons nerveuses sont associées aux fibres sensorielles et motrices, présentes à la fois dans les plaques motrices et sous forme de terminaisons nerveuses libres. Les accumulations de corps cellulaires en dehors du système nerveux central prennent généralement la forme de petites dilatations, appelées ganglions. Les nerfs sont formés de fibres nerveuses associées au tissu conjonctif. Ils se présentent sous la forme de cordons blanchâtres dont la fonction est de conduire (prendre et amener) les impulsions vers le système nerveux central. Ils sont divisés en deux grands groupes : les nerfs crâniens (12 paires reliées au cerveau) et les nerfs n. moelles épinières (31 paires reliées à la moelle épinière).

Système nerveux autonome

En termes fonctionnels, le système nerveux peut être divisé en somatique et viscéral. Le premier est responsable de l’intermédiation entre le système nerveux central et les stimuli venant de l’extérieur (via les organes des sens). Le second est responsable de l’intermédiation entre le système nerveux central et les autres organes du corps. Le contrôle de la fréquence respiratoire et du rythme cardiaque, par exemple, relève du système viscéral.

Les deux composantes somatiques et viscérales ont deux composantes : une composante afférente ou externe (transporte les impulsions des viscères vers des zones spécifiques du système nerveux central) et une composante efférente ou de retour (amène les impulsions de zones spécifiques du système nerveux central vers les viscères, généralement se terminant par une glande ou un muscle). La composante efférente (ou motrice) du système nerveux viscéral est communément appelée système nerveux autonome. Celui-ci, à son tour, est divisé en système nerveux sympathique et système nerveux parasympathique, qui se distinguent par des critères à la fois morphologiques et physiologiques. Pour les besoins de cet article, il suffit de souligner que les sympathiques et parasympathiques en général exercent des effets antagonistes sur les organes qu'ils innervent (lorsque le sympathique stimule, le parasympathique inhibe).

Coda

Pour conclure, regardons un exemple très familier de la façon dont le système nerveux contrôle notre corps. Considérez ce qui se passe dans les réflexes spinaux dits (involontaires).

Une action ou une réaction est dite volontaire lorsque nous en exerçons un degré important de contrôle conscient. Il s’avère que bon nombre de nos réactions, notamment dans des situations dangereuses, sont involontaires. Dans une réaction involontaire, nous ignorons initialement ce qui est en cours de traitement, ce qui signifie que nous ne choisissons pas délibérément telle ou telle réponse. C’est ce qui se produit, par exemple, dans les réflexes dits de retrait. Arrêtez-vous et réfléchissez : que se passe-t-il lorsque vous mettez par inadvertance votre doigt sur une aiguille ou que vous vous cognez le pied contre le coin du lit ? Je suppose que votre réponse n'est pas très différente de la mienne : nous réagissons immédiatement, sans réfléchir.

En bref, ce qui se passe est plus ou moins le suivant : le signal venant de l'extérieur est transmis au cerveau via une voie d'entrée provenant du système nerveux, en passant par la moelle épinière. La réaction immédiate (retirer le doigt de l'aiguille ou le pied de l'obstacle) est déterminée par des circuits nerveux qui agissent au niveau de la moelle épinière elle-même, d'où un signal de réponse est transmis via une voie de sortie à un groupe musculaire approprié.

Dans des cas comme celui-ci, nous commençons seulement à prendre conscience de ce qui s'est passé (l'accident, la blessure, etc.) – y compris de notre propre réaction (les mouvements musculaires qui ont entraîné l'éloignement de la main ou du pied de la source de la douleur) – et quelques secondes après la fin de l'épisode. Comme la réaction n’a pas été décidée au niveau de la conscience, on dit qu’il s’agit d’une réaction involontaire.

Une grande partie de ce qui se passe dans notre corps est involontaire. En fin de compte, ne vous y trompez donc pas : celui qui contrôle votre corps (je veux dire : la physiologie interne et une partie du comportement externe) n'est pas vous (je veux dire : ce n'est pas votre moi conscient de vous-même), mais plutôt votre cerveau (je veux dire : votre système nerveux).

*Felipe APL Costa est biologiste et écrivain. Auteur, entre autres livres de Qu'est-ce que le darwinisme.

Références

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Tortora, GJ et plus 2. 2005 [2004]. Microbiologie, 8e éd. P Alegre, Artmed.

Voet, D et Voet, JG. 2006 [2004]. Biochimie, 3e éd. P Alegre, Artmed.

notes

[1] Pour une discussion détaillée, voir Schmidt-Nielsen (2002). Cet article correspond au troisième et dernier volet d'une trilogie intitulée Nerfs, cerveau et comportement (pour consulter les parties I et II, voir ici e ici).

[2] Outre les hormones dites endocriniennes (dont les molécules vont agir sur des cellules distantes), deux autres types sont reconnus, les hormones paracrines (agissent uniquement au voisinage de la cellule qui les libère) et les hormones h. autocrines (agissent sur la cellule qui les a sécrétées). En termes strictement chimiques, les hormones animales sont généralement des molécules peptidiques (par exemple le glucagon et l'insuline) ou des stéroïdes (par exemple la testostérone et l'œstrogène) – pour plus de détails et d'exemples, voir Schmidt-Nielsen (2002) et Voet & Voet (2006).

[3] Pour un examen détaillé de la structure et du fonctionnement du système nerveux, les lecteurs brésiliens disposent de quelques manuels. Par exemple : (i) anatomie humaine – Standring (2010) ou, pour une introduction plus simple, Dangelo & Fattini (2007) ; (ii) anatomie comparée – Hickman et al. (2004) et Hildebrand & Goslow (2006) ; et (iii) neurophysiologie – Cingolani & Houssay (2004), Guyton & Hall (2006) et Lent (2008).

[4] Le phylum Chordata est communément divisé (par exemple, Hickman et al. 2004 ; Hildebrand & Goslow 2006) en trois sous-phyla : Urochordata (Gr., hourra, queue + L., accord, chaîne + ata, caractérisé par), abrite les ascidies (tuniciers) ; Céphalochordata (Gr., képhale, tête + L., accord, corde), abrite l'amphioxus ; et les vertébrés (L. vertébré, avec vertèbres), rassemble une grande variété de « poissons », ainsi que des amphibiens, des reptiles, des oiseaux et des mammifères. Les ascidies et les amphioxus sont dits acraniés (lire : dépourvus de crâne), tandis que les autres accords sont dits craniés. Le crâne est une boîte osseuse ou cartilagineuse qui abrite le cerveau. Il est d'usage de diviser le crâne en deux parties, le neurocrâne et le viscérocrâne. La première, postérieure et supérieure, abrite le cerveau ; le second, antérieur et inférieur, est lié à deux grands systèmes, le respiratoire et le digestif. Dans le cas des êtres humains en particulier, voici le commentaire de Dangelo & Fattini (2007, p. 399) : « Le viscérocrâne est communément appelé visage. À la naissance, le neurocrâne est beaucoup plus grand que le viscérocrâne, car le premier est lié à la croissance du cerveau, des yeux et des organes de l'audition et de l'équilibre et ceux-ci sont déjà bien développés au moment de la naissance. Or, le développement du viscérocrâne est lié à l’apparition des dents et des sinus maxillaires. Donc, jusqu'à ce que cela se produise, la hauteur du visage est petite. Même chez l’adulte, la disproportion entre neurocrâne et viscérocrâne persiste, mais elle est moindre que celle qui se produit à la naissance et dans l’enfance.

[5] S'étendant à l'intérieur du canal rachidien central, depuis la base du crâne jusqu'à approximativement la 2ème côte lombaire, la moelle épinière est entourée de trois couches de membranes. On les appelle méninges spinales. Ce sont (de l’extérieur vers l’intérieur) : la dure-mère, l’arachnoïde et la pie-mère (Dangelo & Fattini 2007). Les infections des méninges, collectivement appelées méningite, peuvent être causées par différents agents pathogènes (par exemple des virus et des bactéries). Bien que leur apparition soit relativement épisodique et localisée, la méningite peut avoir des conséquences très graves, en particulier dans le cas de celles d'origine bactérienne (par exemple, méningite à méningocoque et à pneumocoque) – pour plus de détails, voir Tortora et al. (2005).

[6] Des chercheurs brésiliens (Herculano-Houzel & Lent 2005) ont révélé que le nombre de cellules qui composent le cerveau humain est inférieur aux 100 milliards mentionnés précédemment. Pour un recensement des différents types de cellules trouvées dans notre corps, voir Hatton et al. (2023).

[7] Selon les mots de Dangelo & Fattini (2007, p. 88) : « Le cortex cérébral est la couche de matière grise qui recouvre les hémisphères cérébraux […] ; correspond à 40% du poids du cerveau. Hatton et coll. (2023) était la source des chiffres cités.

[8] Chez les mammifères en particulier, il existe une corrélation encore plus significative entre la taille du cerveau et le degré de socialisation – voir, par exemple, Shultz & Dunbar (2010) ; au port., Bonner (1983).

[9] L'agénésie du corps calleux (CCA) est un trouble cérébral congénital caractérisé par l'absence totale ou partielle du corps calleux. Il s’agit d’une maladie relativement rare, ce qui explique pourquoi tous les pédiatres ne sont pas en mesure de poser un diagnostic correct. Dans de tels cas, la famille doit consulter un neurologue pédiatrique.

[10] La spécialisation topographique fait allusion au fait que différentes parties du cerveau sont responsables de fonctions spécifiques. Pour une carte du cortex cérébral, voir, par exemple, Standring (2010) ; pour les détails fonctionnels, Guyton & Hall (2006).

[11] Parmi les 12 nerfs crâniens (I-XII), deux sont peut-être les plus familiers au lecteur : le trijumeau (V) et le vague (X). Le trijumeau reste sensible sur la majeure partie du visage et de la muqueuse buccale ; le vague innerve tous les viscères thoraciques et presque tous les viscères abdominaux – pour les nerfs crâniens, voir Dangelo & Fattini (2007) ; pour plus de détails, Standring (2010).

[12] Pour plus de détails, voir par exemple Guyton & Hall (2006).

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