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Yesser Hadj Belgacem est chercheur en neurobiologie (Department of physiology and membrane biology, School of medicine, University of California, Davis), en résidence IMéRA-Inserm de septembre 2016 à janvier 2017.Article publié dans Fellows#23 (L'apport des neurosciences à la compréhension de l'être humain), publication du RFIEA.Il y a quarante ans, les scientifiques pensaient que la clé du fonctionnement cérébral résidait dans le nombre de neurones. Aujourd’hui, les dernières découvertes en neurosciences nous indiquent qu’il s’agirait plutôt de la quantité et de la qualité des connexions entre neurones : les synapses. Les mécanismes de ces connexions, leur maintien et leur ajustement à l’expérience et à l’environnement de l’individu sont aujourd’hui très étudiés et commencent à être mieux compris. Deux grands facteurs ont été identifiés : les gènes et les phénomènes de plasticité.Si l’on compare le cerveau à une ville, les gènes en constituent le plan avec tous les bâtiments et les infrastructures, mais les routes y sont identiques sans aucune indication ou règles de circulation. Afin de rendre cette ville fonctionnelle, il faut renforcer les axes de circulations les plus fréquentés et réduire ou détruire ceux qui le sont peu. Si un quartier devient soudain dynamique et florissant alors qu’un autre se délabre, les routes menant au nouveau quartier doivent être agrandies et rénovées au détriment de celles du second. De même, si de nombreuses tempêtes de neige ont lieu fréquemment, les routes les mieux protégées, et donc les plus utilisées, doivent être renforcées en prévision des prochaines tempêtes. La dynamique fonctionnelle de la ville sera garantie par cette constante adaptabilité aux nouvelles conditions. Dans le cerveau, ce rôle est tenu par la plasticité. Cette dernière peut être considérée comme le changement dans le temps de la structure et du fonctionnement du cerveau. La dimension temporelle est très importante : ces changements peuvent avoir lieu à court ou à long terme et avoir une durée variable. De plus, dans de nombreux cas, la plasticité ne peut avoir lieu que durant une période limitée appelée période critique. Enfin, ces changements peuvent se manifester aux niveaux génétiques, moléculaires, cellulaires, physiologiques et comportementaux. Il est à présent admis que la plasticité constitue une base du fonctionnement cérébral.Bien qu’agissant à de très nombreux niveaux, c’est au niveau des synapses (plasticité synaptique) qu’elle est la plus étudiée et corrélée aux changements comportementaux. Le principe de base (Théorie de Hebb du nom du neuropsychologue canadien qui l’a formalisée à la fin des années 1940) veut que deux neurones actifs en même temps voient leur connexion synaptique se renforcer. Il existe ainsi trois grandes formes de plasticité synaptique.La première est une forme développementale non liée à l’expérience mais qui a lieu lors du développement du système nerveux central. De manière simplifiée, les gènes codent un certain nombre et types de neurones qui vont former un grand nombre de connexions synaptiques pour créer un cerveau hyperconnecté. Afin d’effectuer un premier tri, des activités électriques dites « spontanées » vont permettre à certains neurones d’avoir une activité électrique synchronisée, constituant ainsi un réseau de neurones synchrones. Les synapses, liant les neurones appartenant à un même réseau synchrone, vont s’en trouver renforcées, tandis que les synapses liant des neurones extérieurs aux neurones de ces réseaux (neurones non synchronisés) vont être réduites ou éliminées. Ce phénomène permet ainsi de mettre en place les structures complexes du cerveau. Des défauts dans le fonctionnement de cette forme de plasticité peuvent entrainer de nombreux troubles neuro-développementaux, tels que l’autisme ou l’épilepsie.Durant les phases plus tardives du développement du système nerveux central, un second type de plasticité se met en place, qui affine les réseaux de neurones et dépend de l’expérience sensorielle et motrice : par exemple, si pendant l’enfance l’un des yeux est fermé sur une longue durée, seules les informations électriques en provenance de l’œil ouvert vont parvenir à la zone du cortex visuel du cerveau. Par un phénomène de plasticité, il en résulte que les synapses provenant de l’œil fermé vont disparaître. Ainsi, même si l’œil est ensuite ré-ouvert, après la période critique pour ce type de plasticité, ces synapses ne seront pas remplacées et il en résultera une incapacité à voir en trois dimensions.La troisième forme de plasticité est dépendante de l’expérience. C’est le type de plasticité qui nous est le plus familier car elle affecte de nombreux aspects de notre vie quotidienne et est à la base de notre mémoire et des nombreux changements comportementaux qui nous affectent. Dans ce cas, l’expérience modifie les connexions synaptiques déjà existantes : par exemple, la mémorisation n’entraine pas simplement une addition de nouvelles synapses, mais plutôt un réarrangement de connexions nerveuses pour coder et emmagasiner les apprentissages et souvenirs. La plasticité cérébrale est aussi utilisée par le cerveau lors de traumatismes ou lésions cérébrales. Dans un premier temps, les tissus nerveux trop abimés sont détruits, puis un phénomène de plasticité réorganise les connexions environnantes afin de tenter de suppléer aux fonctions défaillantes.Ces découvertes sur le fonctionnement du cerveau nous permettent aujourd’hui d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques pour traiter de nombreuses affections cérébrales. Ainsi, dans le cas de troubles neurodéveloppementaux, ré-ouvrir une fenêtre critique permettrait de corriger les défauts qui ont eu lieu plus tôt dans le développement en agissant sur la plasticité développementale. Dans le cas de nombreuses pathologies nerveuses, on envisage de réparer le cerveau en stimulant la plasticité synaptique afin de remodeler les circuits affectés. Cela est notamment le cas pour traiter la schizophrénie, certaines démences ou encore les conséquences d’accidents vasculaires cérébraux. Les activités cognitives entraînent un phénomène de plasticité important pour le maintien et le renforcement des synapses tout au long de la vie et peuvent donc être considérées comme un excellent outil pour se protéger contre les maladies neurodégénératives. Il existe en effet une forte corrélation entre activité intellectuelle et prévention de la maladie d’Alzheimer.Les découvertes récentes sur la plasticité cérébrales nous permettent donc de mieux comprendre le développement et le fonctionnement du cerveau, et ouvrent de nombreuses perspectives dans la prévention et le traitement de troubles l’affectant.