La plasticité cérébrale

A propos de trois séances du groupe « Cerveaux et machines » :
- Jean-Marc Edeline, directeur de recherche au CNRS « Modifiabilité du câblage des aires sensorielles du cerveau »;
- Yvette Hatwell, professeur émérite de psychologie « Cécité précoce et cognition : suppléances naturelles et artificielles »;
- Mario Wiesendanger, professeur émérite de neurophysiologie; « mécanismes de l'exécution et de l'écoute musicales ».

L'usage a prévalu d'appeler « plasticité cérébrale » la modifiabilité durable du réseau de connectivité nerveuse. Ce remodelage du câblage nerveux, dont la structure initiale est programmée dans le génome, se manifeste de plusieurs façons.

Au cours du développement postnatal précoce, certaines structures se modifient, soit selon des règles elles aussi préprogrammées, soit sous l'influence de l'environnement (par ex. par disparition d'éléments redondants au profit des synapses les plus actives. Ce que J.P. Changeux nomme « stabilisation sélective »). C'est ce qu'on appelle l'épigenèse.

Mais les accidents du développement responsables de déficits sensoriels (par ex. la cécité), ou des blessures du cerveau entraînent aussi des remaniements compensatoires à l'aide de réseaux substitutifs. Inversement, l'usage intensif ou répété d'une fonction conduit, lui aussi, à des modifications de la connectique réalisant ainsi une sorte de frayage d'une voie particulièrement empruntée. On peut y voir, de façon métaphorique, la base de tout apprentissage ou mémorisation .

C'est au thème de la modifiabilité du câblage des aires auditives du cerveau que Jean-Marc Edeline avait consacré son intervention. On appelle cartes sensorielles la distribution topographique, à la surface du cortex cérébral, des aires d'aboutissement des voies sensorielles, selon leur organe d'origine, les qualités et l'intensité de leur stimulation. On établit ces cartes par le recueil, en surface, des potentiels évoqués par l'excitation brève d’un point précis de l'organe périphérique avec un stimulus aux caractères précisément définis. Ces cartes délimitent des territoires dont la surface est proportionnelle à l'importance fonctionnelle de la modalité représentée. Elles sont très semblables d'un individu à l'autre.

Mais, après des mutilations périphériques, elles se reconstituent en reflétant les conséquences de ces mutilations. Plus spectaculairement, elles se modifient par accroissement de la surface où apparaissent les réponses quand les régions représentées (les doigts, par ex.) ont été utilisés plus que de coutume dans une tâche d'apprentissage impliquant exploration manuelle et maniement.Pour la sensibilité auditive, les surfaces de projection cérébrale des voies en provenance de l'oreille interne sont réparties selon la fréquence des sons.

Chez l'animal, on peut observer, au niveau même d'un neurone individuel, une réponse maximale pour une fréquence donnée. Or, Jean-Marc Edeline nous a montré que, si un son de fréquence voisine à celle-ci est proposé comme signal dans une épreuve d'apprentissage, la réponse du neurone considéré se déplace en faveur de cette nouvelle fréquence, devenue, pour l'animal, signifiante. Ce changement s'effectue en quelques séances, alors que les modifications de la cartographie auditive corticale n'apparaissent qu'après plusieurs mois d'apprentissage - ce qui traduit sans doute le recrutement progressif d'une population plus nombreuse de neurones en charge du traitement de cette information particulière.

Chez l'homme, on observe des phénomènes similaires. C'est ce qu'a rappelé Mario Wiesendanger, neurophysiologiste et violoniste amateur, à propos des musiciens professionnels ou très entraînés. Par ex., chez les instrumentistes à corde, la représentation corticale des doigts de la main gauche, surtout chez les sujets ayant commencé jeunes l'apprentissage de la musique. Ceci suggère, comme dans d'autres cas, l'existence d'une période critique pendant laquelle la plasticité cérébrale est maximale. Le cerveau des musiciens précoces présente aussi un volume du corps calleux (faisceau de fibres qui relie les deux hémisphères) plus important que celui de musiciens plus tardifs, qui semble pouvoir favoriser la coordination précise entre les deux mains.

C'est sur cette coordination chez les violonistes que portent les travaux récents de Mario Wiesendanger. Pour les instrumentistes à corde, la coordination droite-gauche est en jeu dans des actes très asymétriques. Grâce à un système d'enregistrement des mouvements des doigts et de ceux de l'archet, M.W. a mis en évidence les « défauts » de synchronisation ne dépassant pas quelques dizaines de millimicrons (d'ailleurs non perçus par l'oreille), mais a montré aussi que, chez les professionnels répétant successivement le même morceau, les trajectoires des mains se superposent complètement d'une fois à l'autre.

Nous avons également rencontré le problème de la plasticité cérébrale dans la présentation d'Yvette Hatwell « Cécité précoce et cognition ». La cécité précoce -de naissance ou de la première enfance- pose la question de savoir comment et dans quelle mesure le développement des autres systèmes perceptifs (le toucher et l'audition surtout) permet de pallier la déficience visuelle. Les résultats des études rigoureuses de psychologie expérimentale auxquelles elle a procédé, chez les nourrissons, les enfants d'âge scolaire et les jeunes adultes, montrent principalement que les retards qui peuvent apparaître au cours du développement sont généralement rattrapés par l'effet d'exercices appropriés.

L'examen des résultats dus aux prothèses de substitution sensorielle automatique visuo-tactile fait apparaître que les suppléances naturelles, surtout si elles sont renforcées par une pédagogie adaptée, l'emportent sur les suppléances artificielles.

La réalité de cette suppléance est attestée par les données de l'imagerie cérébrale : la représentation corticale de la main est plus importante chez les aveugles, que chez les voyants, et plus importante chez ceux qui lisent en braille avec trois doigts, que chez ceux qui lisent avec un seul.

En outre, il a été montré que les aires visuelles primaires des aveugles précoces sont activées quand ils effectuent des tâches de discrimination tactile ou pendant la lecture du braille. Tout se passe comme si la dégénérescence des projections visuelles avaient attiré des axones provenant d'autres voies sensorielles.

Ce phénomène a bien été observé dans l'expérimentation animale ; des contacts synaptiques vacants attirent des branches d’axones, parfois très distants, dont l’extrémité forme une nouvelle synapse pleinement fonctionnelle. C'est ce qu'on appelle le bourgeonnement collatéral.

Ce mécanisme a une grande importance dans les processus de réparation fonctionnelle après lésion. Il n'a pas été observé en l'absence de lésion initiale, mais plusieurs autres mécanismes connus contribuent à la capacité de remodelage des réseaux sous l'effet de l'exercice. On sait maintenant que, dans certaines structures comme l'hippocampe, des cellules souches non différenciées sont présentes chez l'adulte et peuvent, par division, créer de nouveaux neurones. On sait surtout que, dans cette même structure - et dans d'autres - certaines synapses possèdent un double mécanisme de transmission. Un premier assure la transmission « normale », et un second est mis en oeuvre lors de sollicitations répétées et insistantes. Ce dernier mécanisme, maintenant connu jusqu'à ses bases moléculaires, permet une augmentation importante et durable du facteur de transmission synaptique, rendant ce passage privilégié.

Par Vincent Bloch.