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Lundi, 23 janvier 2017
Métaphores sur le cerveau et sa complexité

Comme je l’écrivais la semaine dernière, mon gagne-pain consiste, depuis l’arrêt du financement de ce site, à tenter d’expliquer la complexité du cerveau à de véritables cerveaux réunis devant moi… Mais j’ai beau rappeler constamment que l’on a tous, entre les deux oreilles, un exemplaire unique de l’objet le plus complexe de l’univers connu, cela ne rend pas pour autant tangible ce qu’est cette fameuse complexité. Il faut donc que je me creuse les synapses pour trouver des analogies susceptibles de rendre le vertige inhérent aux combinatoires astronomiques de nos connexions nerveuses.

Et parfois, il m’arrive d’en trouver qui fonctionnent mieux que d’autres, comme celle que je vous soumets cette semaine (les autres, qui n’ont suscité qu’un regard perplexe, vous ne les saurez pas…). Elle part justement de la synapse et de sa taille moyenne, chez les mammifères, d’environ 1 micron (un millième de millimètre). J’inclus dans cette approximation grossière le bouton de l’axone (l’élargissement du bout de l’axone) et l’épine dendritique (la protubérance sur les dendrites du second neurone qui reçoit la connexion de l’axone du premier). Et bien sûr aussi la fente synaptique, c’est-à-dire l’espace où l’axone du neurone « pré-synaptique » déverse ses neurotransmetteurs qui vont immédiatement se fixer sur les récepteurs membranaires de l’épine dendritique du neurone « post-synaptique ».

Or s’il y a une façon simple et rapide de faire un modèle de synapse en trois dimension devant un groupe lors d’une présentation sur le cerveau, c’est bien de mettre simplement ses deux poings face à face, très proches l’un de l’autre mais sans se toucher : le premier représente alors l’axone du neurone pré-synaptique et le second l’épine dendritique du neurone post-synaptique. Et comment mesure environ ce modèle macro de la synapse ? Environ 20 centimètres.

On peut dire enfin, toujours grosso modo, que le cerveau humain mesure lui aussi une vingtaine de centimètres de longueur. D’où la question-quiz : si l’on prend comme référence la synapse formée par mes deux poings, quelle serait la taille à l’échelle du cerveau qui correspond à cette synapse ? Une simple règle de trois permet donc d’arriver à… 40 km ! (0,2 m x 0,2 m / 0,000 001 m = 40 000 m = 40 km). Et 40 km c’est, toujours approximativement, la longueur de l’île de Montréal (là où j’habite, au Québec). Ne reculant devant aucun défi Photoshop, j’ai donc commis le petit montage ci-dessus pour rendre la chose… ;-P

Il faut donc imaginer l’espace rempli de ces double poings espacés peut-être d’un mètre ou deux (mais probablement moins, si l’on regarde les données que l’on a déjà, comme les superbes reconstructions 3D de Jeff Lichtman et son équipe que l’on avait déjà présenté sur ce blogue). Et cela, bien sûr, pas seulement d’est en ouest ou du nord au sud, mais de haut en bas pour presqu’un autre 40 km… Quarante kilomètres. Dans une ville, en voiture, ça veut dire presqu’une heure à voir défiler des synapses juste dans une seule direction linéaire. Commencez-vous à sentir un peu le sens du mot complexité ?

Et là on parle bien entendu seulement de la complexité anatomique. On n’a pas encore introduit l’activité électrique incessante qui, à l’échelle des millisecondes, parcourt ces milliers de milliards de connections synaptiques (environ 85 milliards de neurones dans le cerveau humain qui peuvent recevoir jusqu’à 10 000 synapses par neurone).

Pour rendre un tant soit peu cette dernière, il faut se tourner vers d’autres métaphores. J’en ai présenté quelques-unes vendredi dernier lors d’une présentation intitulée Comment on ne peut plus concevoir le cerveau au XXIe siècle. Ma préférée demeure celle d’un torrent qui coule dans une forêt. Elle me vient de Sebastian Seung qui travaille lui aussi comme Licthtman sur le connectome à l’échelle microscopique. Le bouillonnement de l’eau représente alors l’activité nerveuse. À chaque instant, les remous de l’eau n’ont jamais la même forme, tout comme les configurations de notre activité nerveuse. Mais il y a des « attracteurs étranges », des tourbillons dont la forme générale est la même à certains endroits, derrière certains rochers. Tout comme il y a dans notre cerveau de grands réseaux reliés par des « hubs » qui, sans jamais être tout à fait les mêmes, sont reconnaissables lorsque l’on se retrouve dans telle ou telle situation.

Et la beauté de cette métaphore, c’est qu’elle reflète aussi ce qui ce passe à deux échelles de temps différentes. D’abord celle de l’évolution, puisque la forme du lit du torrent, qui contraint le courant, peut être associée aux grandes voies nerveuses de notre cerveau, issues de notre trajectoire phylogénétique. Ensuite parce que, si l’on revient des années plus tard voir notre torrent, le courant aura, au fil des ans, érodé les rives et déplacé les roches de son lit. Et c’est exactement ce qui se passe aussi durant une vie humaine : notre activité nerveuse modifie en permanence la configuration même de nos réseaux nerveux faisant de nous, jour après jour, une personne un peu différente…

* * *

Petit épilogue « avancé » à ce billet plutôt « débutant » : en cherchant sur la densité synaptique, je suis tombé sur cet article publié l’été dernier et intitulé Imaging synaptic density in the living human brain. Cette nouvelle technique qui permet de monitorer la densité des synapses chez un sujet humain vivant grâce au PET scan est résumée en anglais ici et en français ici.

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