Guide d'initiation aux neurosciences

Lancez-vous dans une exploration du monde fascinant des neurosciences grâce à ce guide pour débutants. Découvrez les principes fondamentaux du fonctionnement du cerveau, les concepts clés et les techniques de recherche de base qui façonnent notre compréhension du système nerveux.

Introduction aux neurosciences

Les neurosciences sont l’étude du cerveau. Le cerveau est sans doute le système le plus complexe et le plus sophistiqué qui soit : il traite et génère pratiquement tous les aspects de notre expérience consciente. Le cerveau n’est pas simplement un organe parmi d’autres dans notre corps : nous sommes notre cerveau. Tout cela pour dire qu’il revêt une importance capitale.

Au fil des ans, les neuroscientifiques se sont efforcés de démêler les complexités et de clarifier les subtilités du cerveau afin de mieux le comprendre et, par conséquent, de mieux nous comprendre nous-mêmes.

Les neurosciences modernes ont vu le jour vers la fin du XIXe siècle avec la découverte des neurones (nous y reviendrons plus loin), mais la première étude documentée sur le cerveau remonte à un hiéroglyphe de l’Égypte antique. Un médecin de l’époque avait dressé une liste de traumatismes crâniens, énuméré les remèdes possibles et créé la première occurrence du mot désignant le « cerveau ».

Même s’il a fallu du temps pour passer du concept de « cerveau » à celui de « neurone », les avancées scientifiques se sont depuis lors multipliées et accélérées. Nous allons maintenant passer en revue les principaux éléments des neurosciences modernes.

Qu’est-ce que les neurosciences, exactement ?

Les neurosciences constituent une convergence de disciplines médicales, évolutionnistes et informatiques, permettant de mieux comprendre comment les quelque 85 milliards de cellules nerveuses du cerveau humain se développent, grandissent et s’interconnectent pour donner naissance aux pensées et aux actions humaines.

Quelques faits essentiels sur le cerveau

Le cerveau se compose de plusieurs parties distinctes : notamment le cerveau, le tronc cérébral et le cervelet. Le cerveau comprend six régions qui s’étendent sur les deux hémisphères. Quatre de ces zones sont visibles sur la vue externe du cerveau (illustrée dans l’image ci-dessus) : les lobes frontal, pariétal, occipital et temporal. Les deux autres lobes, le lobe limbique et le lobe insulaire, se trouvent à l’intérieur du cerveau.

La partie la plus externe du cerveau s’appelle le cortex (ou parfois le néocortex). Il s’agit d’une couche de neurones qui recouvre tous les lobes du cerveau et dont l’épaisseur varie généralement entre 1,5 et 3 mm.

Les neurones sont les principaux messagers du cerveau : ils participent à la transmission de signaux d’une région à l’autre, ce qui permet en fin de compte de déclencher des actions, d’encoder et de récupérer des souvenirs, et de créer le sentiment d’être, en somme, vivant. On trouve une concentration dense de neurones dans le cortex, ainsi que dans d’autres zones des lobes limbique et insulaire. Les neurones transmettent les messages, tandis qu’une variété d’autres cellules, appelées cellules gliales, soutiennent et facilitent cette communication.

Parmi les parties du cerveau les plus importantes et les mieux étudiées, on peut citer :

• Le cortex frontal (situé à l'extrémité antérieure du lobe frontal) joue un rôle dans toute une série de fonctions cognitives, notamment l'attention, la prise de décision, la planification de comportements complexes et la régulation des interactions sociales. On parle généralement de « fonctions exécutives ».
• La partie centrale du cerveau (située dans le lobe pariétal, à peu près juste après la limite du cortex frontal) intervient à la fois dans le traitement moteur (la sensation tactile) et dans la coordination motrice (le mouvement). Ce ne sont pas les seules zones cérébrales impliquées dans ces processus, mais ce sont les principales.
• Le cortex occipital joue un rôle dans la perception visuelle : il se compose de nombreuses couches distinctes, dont chacune traite un aspect différent de la perception visuelle du monde.
• On parle beaucoup des lobes temporaux en raison de leur rôle dans le langage : le côté gauche du cerveau abrite les zones de Wernicke et de Broca, qui interviennent respectivement dans la compréhension et la production du langage (la réalité est un peu plus complexe qu’il n’y paraît, mais le principe général reste valable).
• Au sein du cerveau, plusieurs autres régions méritent d'être mentionnées, notamment les ganglions de la base (un ensemble de régions impliquées dans la sélection des actions), les hippocampes (impliqués dans le traitement de la mémoire) et les amygdales (impliquées dans le traitement de la peur).

Il existe bien d’autres zones cérébrales cruciales et fascinantes qui semblent de plus en plus spécialisées, selon le niveau de détail avec lequel on les examine (par exemple, le « neurone grand-mère / Jennifer Aniston »), mais les passer en revue une à une dépasse le cadre de ce que nous pouvons aborder ici. Ce qu’il importe de retenir, ce n’est pas tant l’origine apparente de chaque action, mais le fait que chacune d’entre elles est régie par de multiples composantes du cerveau : aucune pensée ni aucune action n’est isolée.

Branches des neurosciences

Les neurosciences comptent de nombreuses branches différentes, allant des neurosciences computationnelles aux neurosciences pharmacologiques et moléculaires, et bien au-delà. Nous allons vous présenter ci-dessous deux des branches les plus courantes : les neurosciences cognitives et comportementales.

Neurosciences cognitives

Les neurosciences cognitives s’intéressent à l’étude scientifique des substrats biologiques qui sous-tendent la cognition et les processus mentaux, et s’attachent à répondre à des questions telles que la manière dont les fonctions psychologiques et cognitives se traduisent par l’activité neuronale dans le cerveau.

Les méthodes de collecte de données couramment utilisées par les neuroscientifiques cognitifs sont la neuroimagerie fonctionnelle (IRMf, TEP), l’électroencéphalographie (EEG), la génétique comportementale et les études sur les lésions.

Neurosciences comportementales

En revanche, les neurosciences comportementales (également appelées biopsychologie) s’intéressent à l’influence du système nerveux sur l’attention, la perception, la motivation, les performances, l’apprentissage et la mémoire, ainsi qu’à leurs manifestations dans le comportement humain. Les études en neurosciences comportementales se concentrent sur l’interaction entre le cerveau et le comportement dans des environnements réels ou simulés.

À lire : Qu’est-ce que la neuropsychologie ?

Le système nerveux et le cerveau

Le corps est relié au cerveau par un réseau complexe de cellules et de nerfs qui assure la transmission bidirectionnelle des informations entre le cerveau, la moelle épinière, les organes et les membres.
Le cerveau et la moelle épinière constituent ce qu’on appelle le système nerveux central (SNC), car ils intègrent toutes les informations provenant des capteurs et des effecteurs, et régulent l’activité du corps.

En revanche, le système nerveux périphérique (SNP) comprend les systèmes somatique et autonome, chargés du contrôle volontaire des muscles squelettiques ainsi que de la régulation involontaire de fonctions corporelles telles que le rythme cardiaque, la digestion, la respiration, la réaction pupillaire, la miction et l’excitation sexuelle.

Pour en savoir plus : Introduction aux systèmes nerveux sympathique et parasympathique

Bien que le système nerveux périphérique (SNP) soit distinct du système nerveux central (SNC), il existe de nombreuses interactions entre ces deux systèmes. Il peut donc être utile d’étudier le fonctionnement de l’un de ces systèmes pour mieux comprendre l’autre.

Concepts fondamentaux des neurosciences

Selon la Société des neurosciences, les « concepts fondamentaux des neurosciences » suivants constituent les principes essentiels de cette discipline fascinante :

1. Le cerveau est l'organe le plus complexe du corps humain.
2. Les neurones communiquent à la fois par des signaux électriques et chimiques.
3. Les circuits déterminés génétiquement constituent la base du système nerveux.
4. Les expériences de la vie modifient le système nerveux.
5. L'intelligence se développe lorsque le cerveau raisonne, planifie et résout des problèmes.
6. Le cerveau permet de transmettre des connaissances par le langage.
7. Le cerveau humain nous dote d'une curiosité naturelle qui nous pousse à comprendre comment fonctionne le monde.
8. Les découvertes fondamentales favorisent un mode de vie sain et le traitement des maladies.

Principaux domaines de recherche faisant appel aux neurosciences

L’application des neurosciences a connu un essor considérable dans divers domaines de recherche. Selon la revue *Frontiers in Neuroscience*, les dix principaux domaines de recherche sont les suivants :

• Psychiatrie
• Physiologie
• Sciences du comportement
• Pharmacologie, pharmacie
• Biochimie, biologie moléculaire
• Psychologie, endocrinologie et métabolisme
• Radiologie, médecine nucléaire, imagerie médicale
• Ophtalmologie
• Zoologie
• Immunologie
• Gériatrie, gérontologie

Cela ne veut pas dire pour autant que les neurosciences n’ont pas eu d’impact sur les applications commerciales, notamment dans des domaines tels que l’expérience utilisateur, les interactions homme-machine, le comportement des consommateurs et le neuromarketing. De plus en plus d’applications commerciales exploitent le potentiel des neurosciences pour se démarquer de la concurrence.

Pour en savoir plus : Neurosciences appliquées au consommateur [Introduction et exemples] Comprendre le comportement des consommateurs

En résumé, les neurosciences s’intéressent à toutes les questions relatives au fonctionnement et aux mécanismes du cerveau, que ce soit avant, pendant ou après la formation d’une pensée ou l’exécution d’un comportement.

Partout dans le monde, les neuroscientifiques s’efforcent sans relâche d’approfondir leur compréhension et leurs connaissances des structures et du fonctionnement du cerveau, tout en mettant au point des méthodes de recherche plus fiables et plus valides. L’objectif ultime est à la fois de mieux comprendre qui nous sommes et de permettre aux sciences de la santé et à la médecine de développer de nouvelles techniques et de nouveaux traitements visant à atténuer, à contrer, voire à guérir des maladies cérébrales telles que la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson.

Même si l’on mène aujourd’hui plus d’études en neurosciences que jamais auparavant, nous n’en sommes encore qu’aux prémices de la découverte de l’étendue des capacités réelles du cerveau humain.

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