Comment fonctionne le cerveau : neurones, lobes et plasticité

Vous lisez cette phrase, et sous votre crâne un organe d’un peu plus d’un kilo transforme des taches d’encre en sens, sans que vous ayez rien eu à commander. Le cerveau a été décrit par métaphores successives — machine hydraulique, central téléphonique, ordinateur — et chacune a vieilli. Ce que les laboratoires décrivent aujourd’hui est plus concret : des cellules qui communiquent par signaux électriques et par molécules, des régions spécialisées qui ne travaillent jamais seules, et un câblage qui se modifie tant que vous vivez. Voici de quoi cet organe est fait, comment il traite l’information, et par quels moyens on l’observe au travail.

Un organe d’1,3 kg qui consomme un cinquième de l’énergie

Commençons par les ordres de grandeur. Selon l’Institut du Cerveau, le cerveau pèse environ 1,3 kg, dont 75 % d’eau, et il consomme 15 à 20 % de l’énergie produite par l’organisme — une part considérable pour 2 % de la masse corporelle. Ce coût énergétique ne baisse jamais vraiment : même au repos, même la nuit, l’activité continue.

Combien de cellules ? L’Institut du Cerveau retient le chiffre de 100 milliards de cellules nerveuses. Des décomptes plus récents, fondés sur d’autres méthodes de comptage, aboutissent à un nombre un peu plus bas ; le chiffre exact reste discuté et dépend de la technique employée. Retenez l’ordre de grandeur, qui suffit à comprendre le reste : des dizaines de milliards de neurones, accompagnés d’un nombre comparable de cellules gliales — astrocytes, oligodendrocytes — longtemps prises pour un simple remplissage et aujourd’hui reconnues comme participantes à part entière du fonctionnement.

Cette masse est organisée. En surface, le cortex, une couche de substance grise repliée en circonvolutions : c’est là que siègent les corps cellulaires des neurones. En dessous, la substance blanche, faite des câbles gainés de myéline qui relient les régions entre elles. Le tout est protégé par une boîte osseuse qui, chez le nouveau-né, n’est pas encore soudée, ce qui laisse le crâne s’agrandir avec le cerveau pendant les premiers mois.

Des cellules qui dialoguent par impulsions et par molécules

Un neurone a la forme d’un arbre : des dendrites qui reçoivent, un corps cellulaire qui intègre, un axone unique qui transmet. Quand la somme des signaux reçus franchit un seuil, le neurone émet une impulsion électrique qui court le long de l’axone jusqu’à son extrémité.

Là, le relais change de nature. À la synapse, zone de contact entre deux cellules, l’arrivée de l’impulsion libère des molécules — les neurotransmetteurs, dopamine, sérotonine, glutamate, GABA parmi des dizaines d’autres — qui traversent l’espace séparant les deux neurones et se fixent sur la cellule suivante. Détail qui change tout : ce message n’est pas toujours un encouragement. Certaines synapses activent le neurone d’aval, d’autres l’inhibent. Un circuit cérébral n’additionne pas des signaux, il les compose, et l’inhibition y est aussi importante que l’excitation.

Qui fait quoi, et pourquoi aucune zone ne travaille seule

Le cortex se divise en lobes. L’Institut du Cerveau en décrit cinq, avec des rôles dominants : le lobe frontal pour le raisonnement, le langage et la coordination motrice, le lobe pariétal pour la conscience du corps et de l’espace, le lobe occipital et le lobe temporal pour l’intégration des messages sensoriels — vision, audition, olfaction —, le lobe limbique pour les émotions et la mémoire. À l’arrière et en bas, le cervelet ajuste les mouvements et participe aussi à des processus cognitifs. Plus bas encore, le tronc cérébral tient les fonctions vitales et les réflexes : c’est de ces circuits profonds que partent le hoquet comme le bâillement, déclenchés sans votre accord.

Attention toutefois à la lecture en cases. Aucune fonction un peu complexe ne tient dans une seule zone : lire mobilise la vision, le langage, la mémoire et l’attention, donc plusieurs lobes et les deux hémisphères, reliés par l’épais faisceau du corps calleux. La mémoire en est l’exemple le plus clair. Le dossier mémoire de l’Inserm distingue plusieurs systèmes en interaction — mémoire de travail, sémantique, épisodique, procédurale — et décrit l’hippocampe comme un élément important du stockage et de la restitution des souvenirs, sans en être le coffre-fort exclusif.

Un câblage qui se remodèle toute la vie

C’est le point le plus contre-intuitif. Apprendre ne consiste pas à remplir un espace de rangement, mais à modifier des connexions. L’Inserm résume : la mémorisation résulte de la modification des connexions entre les neurones — changement de forme et de taille des synapses, réveil de synapses silencieuses, croissance de synapses neuves. Ce mécanisme porte un nom, la plasticité, que l’Inserm définit comme la capacité du cerveau à réorganiser ses connexions et ses réseaux.

Elle connaît son heure de gloire chez l’enfant et l’adolescent, le cerveau finissant de se développer relativement tard, vers 25 ans. Mais elle ne s’éteint pas : le remodelage continue chez l’adulte, plus lentement. Le sommeil y tient une place que la recherche précise année après année — dormir améliore la mémorisation, et le système glymphatique, qui évacue les déchets cérébraux, voit ses vaisseaux augmenter de 50 % de volume durant la nuit. C’est aussi pendant ces heures que le cerveau rejoue et trie les traces de la journée, ce travail dont les rêves seraient la face visible et déformée.

Reste à savoir comment on observe tout cela sans ouvrir le crâne. L’outil dominant est l’IRM fonctionnelle, qui, comme l’explique l’institut Joliot du CEA, détecte les changements locaux de flux sanguin et permet de suivre les connectivités fonctionnelles entre aires cérébrales. D’où l’erreur à ne pas commettre devant une belle image colorée : ce que l’appareil mesure est un débit sanguin moyenné sur quelques secondes, pas une pensée lue. La nuance vaut aussi pour les comparaisons entre espèces, où la taille du cerveau explique moins de choses qu’on ne le croit — c’est tout le sujet de l’animal le plus intelligent du monde. Et si votre question porte sur votre propre cerveau, un oubli qui vous inquiète ou un mal de tête tenace, elle s’adresse à un médecin, pas à un article.