Tout au long de cette ballade au cœur du cerveau, nous allons pour mieux comprendre, naviguer dans 3 échelles différentes. Pour cela, nous allons emprunter aux photographes trois de leurs instruments de base :
Niveau 1 : L’objectif Grand angle ou 'Macroscope' (cf l'ouvrage du même nom de Joël de Rosnay), qui permet d’avoir une vision globale du cerveau.
Niveau 2 : Le Zoom, qui va nous permettre de naviguer à volonté sur une échelle intermédiaire pour comprendre la connectique, les réseaux de câblage à l’intérieur du cerveau. Nous zoomons depuis quelques centimètres (certain axones moteurs peuvent atteindre le mètre) jusqu'au millimètre.
Niveau 3 : La bague ou position "macro" ou le Microscope, pour examiner les détails de fonctionnement des neurones ou des synapses. Nous sommes à une échelle allant de quelques dizaines de microns (millième de millimètre) à quelques centièmes de microns.
Essayer de comprendre un système complexe tel que le cerveau à partir d’un seul niveau " c'est comme essayer de comprendre le vol d'un oiseau en étudiant simplement ses plumes" (David. C. Marr)
L’homme n’a pas attendu les progrès de l’imagerie cérébrale pour étudier le fonctionnement du cerveau. Mais il faut bien reconnaître que les choses sérieuses n’ont commencé qu’au début du XXème siècle. Des auteurs comme Le Senne ou Jung ont mis en avant en particulier l’importance des émotions dans nos comportements. Leurs observations s’averraient déjà fort pertinentes. Les psychologues et psychothérapeutes ont pris le relais et l’approche comportementale continue de progresser à grands pas.
En prenant symboliquement un objectif ‘grand angle’, nous allons pouvoir observer la globalité du comportement du cerveau, ses réactions dominantes: a-t-il peur ? Quelle autre émotion pourrait masquer cette peur ? Comment s’y prendre pour que la prochaine fois dans le même contexte, il déclenche un comportement différent ?
Nous examinerons le cerveau également avec un zoom pour pouvoir comprendre son câblage, ses réseaux.
Le cerveau est organisé en zones souvent très différentes. Toute tâche active plusieurs zones correspondant à des modules et sous-modules. En observant les images obtenues pendant qu’un sujet est en train de lire ou regarder une photo, nous pouvons constater que :
- de nombreuses zones s’activent
- plusieurs zones communes sont activées; d’autres zones sont sollicitées uniquement pour une des deux tâches.
La manière dont ces modules, sous-modules et neurones sont connectés entre eux est étudiée par les chercheurs en sciences informatiques ou en intelligence artificielle.
Ils créent des réseaux de neurones artificiels modélisant le fonctionnement des originaux. Ces réseaux sont organisés autour d’opérations logiques aux règles simples mais offrant de très très nombreuses combinaisons. Dans certains de ces réseaux apparaissent des propriétés émergentes, comme dans un véritable cerveau.
constructivisme l’apprentissage découle de l’activité de l’apprenant. Sa connaissance est le produit de son action et de son expérience du monde.
La nouvelle conception cognitiviste et le connexionnisme se rejoignent sur le caractère fondamental des propriétés émergentes dans le fonctionnement cérébral.
En d'autres termes, le cognitivisme - qui s'attache au traitement de l'information- dans sa nouvelle formule, et le connexionnisme - approche basée sur les processus émergents des réseaux de neurones- estiment que les phénomènes mentaux sont basés sur l'apparition dans les réseaux neuronaux de nouvelles propriétés que ne possèdent pas les neurones individuellement: les propriétés dites émergentes dont nous avons parlé précédemment dans la page "Ca part dans tous les sens".
Les systémiciens résument les propriétés émergentes par la formule : "Le tout est plus que la somme des parties" autrement dit, du fait de l'interconnexion de très nombreux neurones apparaissent des propriétés nouvelles que ne possèdent pas les parties seules. Ainsi une information (le nom d'une personne par exemple) n'est pas contenue dans un seul neurone mais dans le réseau de plusieurs neurones.
Nous utilisons maintenant le microscope, ou un objectif ‘macro’ comme pour observer une fleur en la grossissant énormément. A cette échelle, nous allons pouvoir observer les neurones et les synapses. Nous allons pouvoir comprendre leurs échanges de molécules. La taille moyenne d’un neurone est de 20 microns. La synapse, le vide qui sépare deux câbles de neurones consécutifs mesure 50 millièmes de microns (50 nanomètres ). Nous sommes dans un monde biologique dans lequel les forces électromagnétiques dominent, donc dans un monde chimique, et électrique.
Quelle force domine à petite et à grande échelle?
A grande échelle, la force de gravité gouverne le monde: la forme sphérique et le mouvement des planètes par exemple, la forme et le mouvement des galaxies… c’est elle. Et les 3 autres forces existantes comptent pour du beurre.
Plus nous diminuons d’échelle, plus la force électromagnétique prend le pouvoir au détriment de la gravité. La transition se fait à peu près à l’échelle de l’homme. King Kong par exemple ne pourrait exister. Son poids ne lui permettrait pas de marcher devant l'empire State Building sans s'enfoncer considérablement dans le sol. De même sa colonne ne pourrait tenir sa masse à la verticale face à la force de gravité.
Décidément, après Tarzan et Mowgli, encore un mythe qui tombe!
Et donc à l'échelle microscopique, le quasi équilibre entre la force de gravité et la force électromagnétique que nous connaissons à l'échelle humaine (nous pratiquons à la fois l'électricité ou les aimants, mais nos projectiles sont aussi déviés par la gravité) va tourner à l'avantage sans appel de la force électromagnétique. A l'échelle microscopique, la gravité compte pour du beurre et les forces nucléaires n'entreront en jeu qu'à encore plus petite échelle.
Comment l'influx nerveux se propage-t-il ?
L'intérieur du neurone est plutôt chargé en ions potassium K+ et en protéines chargées négativement alors que le milieu extérieur est plutôt chargé en ions sodium Na + et chlore Cl- . Des échanges d'ions sodium et potassium ont lieu en permanence à travers la membrane du neurone mais au bilan global, l’intérieur est négatif au repos à -70 mV de potentiel.
Lorsqu'un signal (potentiel d’action) parvient depuis un neurone précédent, le potentiel va très rapidement passer des -70 mV du repos aux + 30 mV (soit 100mV de différence) pendant 2 à 3 millisecondes du fait entre autres d'ion Na+ qui rentrent massivement à l'intérieur. Puis des ions K+ sortent massivement et enfin le couple Na+ / K+ revient à l'équilibre initial. Et tout peut recommencer. Le décalage dans le temps des traversées de membrane vers l'intérieur des ions Na + et de sortie d'ions K+ assure la transmission de ce potentiel de proche en proche tout au long du câble.
Notons au passage que l'influx nerveux ne peut se déplacer que dans un seul sens. En effet, quand une zone a été excitée par des échanges d'ions, elle ne peut plus l'être dans les 2 millisecondes qui suivent. Cette période réfractaire avant de revenir au repos évite que le signal ne parte des deux cotés à la fois le long du câble.
Comment l'influx nerveux se propage-t-il plus vite ?
Certains longs câbles, certains axones ne peuvent transmettre l'information simplement à la vitesse du mécanisme décrit au-dessus. Le temps que nos ancêtres aient pu réagir à un danger, ils serait morts et nous n'existerions pas. La sélection naturelle a bien retenu chez certaines espèces l'augmentation du diamètre du câble pour permettre à l'influx nerveux d'aller plus vite, mais le principe a vite atteint ses limites. La sélection natuurelle a trouvé dans le mécanisme suivant un avantage déterminant que l'on comprend aisément.
Certaines cellules gliales viennent s'enrouler autour du câble créant ainsi une gaine isolante de myéline, comme autour d'un câble électrique…à la différence près que la gaine n'est pas continue. |
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Les tronçons ne se touchent pas, laissant ainsi la possibilité d'échanges d'ions Na+ et K+ entre l'intérieur et l'extérieur du câble. Ces interstices, lieu d'échanges, s'appellent les nœuds de Ranvier. Ainsi le signal n'a plus à se propager en continu de proche en proche, mais 'saute' de nœuds de Ranvier en nœuds de Ranvier, se propageant ainsi beaucoup plus vite.
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