Exploration du cerveau

Le cerveau humain est constitué d'environ 100 milliards de neurones capables d'établir chacun jusqu'à 10.000 connexions. Le nombre de connexions potentielles est donc astronomique: 1 million de milliards (10 puissance 15).
Le cerveau compte également des cellules gliales, en nombre 10 à 50 fois plus important que les neurones. Longtemps, on a cru qu'elles ne jouaient qu'un role subalterne en facilitant les échanges entre les neurones. Mais on a découvert récemment que ces cellules gliales établissent elles aussi des connexions, à la fois entre elles et avec les neurones. Leur rôle exact est encore méconnu mais on sait que le cerveau d'Einstein contenait un nombre très important de ces cellules gliales.
Le cerveau est donc un système incroyablement complexe avec 2 réseaux complets qui travaillent en paralèlle et en interaction.
Par ailleurs, le cerveau est à la fois un système électrique, chimique, et probablement magnétique et quantique.

2 hémisphères
Au niveau physiologique, le cerveau est divisé en 2 hémisphères reliés au centre par un faisceau de fibres nerveuses par lesquelles transitent les échanges d'informations entre les 2 hémisphères.
L'hémisphère gauche commande la partie droite du corps. Il contrôle la parole, l'écriture, le calcul, et pense de façon logique et sérielle. C'est le cerveau rationnel.
L'hémisphère droit a une perception du monde plus spatiale, globale et intuitive. Il reconnait les formes et les visages, il pense de façon associative et holistique, et c'est aussi lui qui nous fait comprendre et apprécier l'art, la musique, ou la beauté de la nature. C'est le cerveau intuitif.
On a cru longtemps que chaque fonction était assurée par une zone précise du cerveau, dans l'un des 2 hémisphères. Nous savons maintenant que la plupart des fonctions activent plusieurs zones du cerveau réparties dans les 2 hémisphères (même si il y a souvent une dominante d'un coté ou de l'autre).
 
3 couches
Le cerveau est également constitué de 3 couches qui se sont formées successivement au cours de l'évolution des vertébrés. La premier cerveau, le plus proche de la moelle épinière, est le cerveau reptilien. Il gère le métabolisme, les réflexes et les besoins primaires (manger, se reproduire, fuir ou combattre). La 2è couche est le cerveau limbique, ou cerveau émotionnel, que nous avons an commun avec les autres mammifères. La 3è couche, la plus périphérique, est le cortex. Il apparait chez les mammifères évolués et permet le raisonnement, les capacités d'abstraction et de conceptualisation, et l'aptitude au langage.
Chez le chat ou le chien, le cortex est à peine présent. Son épaisseur est inférieure à 1 millimètre.
Chez l'homme, l'épaisseur du cortex est comprise entre 1 et 4,5 millimètres.
 
Circonvolutions
La couche extérieure du cerveau humain est plissée de circonvolutions, ce qui permet d'accroitre la surface du cortex, et donc l'intelligence. La surface du cortex humain atteint ainsi 2 mètres carrés.
Le cerveau du chat ou du chien a peu de circonvolutions. Elles sont plus nombreuses chez le singe, nettement plus chez l'homme, et encore plus chez... le dauphin, dont le cerveau est également plus volumineux que le cerveau humain, et avec une structure plus performante (détails dans le topic sur "l'intelligence animale").

Les neurones
Le neurone est une cellule dont la structure rappelle celle d'un arbre.
A partir du noyau et du corps cellulaire, le neurone étend un long prolongement appelé "axone" avec de multiples ramifications à son extrémité qui sont autant de connexions vers d'autres neurones. Le tronc de l'axone est entouré d'une gaine constituée de cellules gliales. C'est par l'axone que le neurone envoie une impulsion électrique vers d'autres neurones.
A l'opposé de l'axone, le neurone étend d'autres ramifications encore plus nombreuses et "fractalisées" à partir du corps cellulaire; ce sont les "dentrites". C'est par elles que le neurone reçoit les impulsions en provenance d'autres neurones.

La chimie des émotions
Lorsque les impulsions électriques en provenance des autres neurones atteint un certain seuil d'excitation, le neurone envoie alors une impulsion vers tous les autres neurones auxquels il est connecté en "sortie" (c'est à dire les neurones auxquels son axone est connecté).
Lorsqu'un neurone étend une connexion vers un autre, une ramification pousse jusqu'au neurone cible, se frayant parfois un long chemin entre des zones cérébrales éloignées. Cette ramification se termine par une sorte de bouton qui contient des messagers chimiques, les neuromédiateurs.

 

1. Mitochondrie 2. Vésicule synaptique avec des neurotransmetteurs 3. Autorécepteur 4. Fente synaptique avec neurotransmetteur libéré (ex : sérotonine ou dopamine) 5. Récepteurs postsynaptiques activés par neurotransmetteur (induction d'un potentiel postsynaptique) 6. Canal calcium 7. Exocytose d'une vésicule 8. Neurotransmetteur recapturé

  L'influx nerveux envoyé par le neurone émetteur provoque un lâcher de ces neuromédiateurs dans la synapse, une mince fente de 2 nanomicrons entre la terminaison de l'axone et un récepteur présent à la surface du neurone cible. Chaque récepteur est comme une serrure dont la forme correspond à la molécule d'un neuromédiateur spécifique. Si la forme du récepteur correspond à celle de la molécule, celle-ci active le récepteur, ce qui augmente le niveau d'excitation du neurone cible.
Si une molécule étrangère à l'organisme a une forme similaire à celle d'un récepteur, elle activera le neurone correspondant de la même façon qu'un neuromédiateur. C'est le principe de certaines drogues.
Les neuromédiateurs sont "nettoyés" au bout d'un certain temps, car sinon, chaque stimuli, chaque sensation ou chaque pensée durerait une éternité.
Les médiateurs sont soit dégradés par une enzyme, soit "recapturés" par le neurone émetteur ou bien par les cellules gliales.
C'est là que certaines drogues comme l'extacy agissent également, en bloquant la recapture d'un neuromédiateur, en l'occurence la sérotonine, ce qui démultiplie la durée et l'intensité de son effet.
 
Il existe des neuromédiateurs qui excitent les neurones, et d'autres qui les inhibent. Il y a donc un jeu d'équilibre permanent entre l'accélérateur et le frein...
Chaque neurone n'émet qu'une seule sorte de neuromédiateur. Il existe ainsi des neurones à adrenaline, des neurones à dopamine, à sérotonine, etc.
Mais chaque neurone est excité par tous les neuromédiateurs pour lesquels il a développé des récepteurs.


Les principaux neuromédiateurs
La sérotonine
"Molécule du bonheur", elle a un effet essentiel sur l'humeur et l'anxiété : à concentration élevée, elle rend optimiste et serein. Elle aurait également très positifs des effets sur le sommeil, l'atténuation de la douleur, l'appétit et la pression artérielle. L'Ecstasy et le LSD accroissent fortement le taux de sérotonine. (mais attention à l'ecstacy, elle a aussi un effet toxique sur les neurones à sérotonine qu'elle finit par détruire)
Les endorphines
Les endorphines ont une forme moléculaire et un effet proche de la morphine. C'est la morphine naturelle du corps. Elles atténuent la douleur, diminuent la nervosité et donnent une sensation de bien-être. L'opium, tiré des graines de pavot avec lesquelles on produit aussi la morphine et l'héroine, a pour effet de se faire passer pour des endorphines auprès des récepteurs neuronaux.
La dopamine
Elle contrôle la stimulation de plusieurs zones du cerveau, et joue un rôle primordial dans la motivation.
La cocaïne empêche la recapture de la dopamine et accentue donc son action. La nicotine provoque aussi une augmentation de la transmission dopaminergique.
L'acétylcholine
C'est le premier neurotransmetteur qui a été découvert. Elle entre en jeu dans les aires du cerveau associées à la mémoire, l'attention, l'apprentissage. On note d'ailleurs une carence en acétylcholine chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer.
L'adrénaline
Elle agit comme un stimulant physique et mental. Elle accélère la vitesse de la respiration, dilate les pupilles et accroît le rythme cardiaque. Mais en excès, elle rend nerveux et peut entraîner la paranoïa.
Le glutamate
C'est le neurotransmetteur le plus courant (1/3 des transmissions synaptiques). Une carence en glutamate entraîne donc des difficultés d'apprentissage et de mémorisation à long terme.
Le cortisol
Cette neuro-hormone liée au stress mobilise les ressources énergétiques de l'organisme, augmente la tension, réduit l'appétit et le sommeil. L'excès de cortisol a des effets désastreux aussi bien sur l'organisme que sur l'humeur, le cortisol étant antagoniste de la sérotonine dont il altère les récepteurs.
GABA (gamma-amino butyric acid)
Le principal neurotransmetteur inhibiteur.

Ondes cérébrales
L'activité électrique du cerveau produit une oscillation électromagnétique mesurable grâce à l'électro-encéphalogramme (EEG).
Ces ondes ont une très faible amplitude, une fréquence très courte (quelques hertz), et une faible puissance (quelques microvolts)
Il existe 4 types d'ondes cérébrales, selon notre état intérieur et notre activité:
- Les ondes beta (fréquences supérieures à 12 Hz) sont produites pendant la plupart de nos tâches ordinaires, lorsqu'on s'agite ou qu'on est occupé par des activités matérielles.
- Les ondes alpha (entre 8.5 et 12 Hz) sont produites dans état de conscience apaisé, lorsque nous sommes relaxés, contemplatifs, laissant aller notre imagination. Elles sont produites également lorsqu'on se détend en fermant les yeux, notamment avant de s'endormir.
- Les ondes theta (entre 4.5 et 8 Hz) sont produites pendant le sommeil, ou bien dans des états modifiés de la conscience, par exemple sous l'effet de certaines drogues ou de l'hypnose.
- Les ondes delta (jusqu'à 4 Hz) sont produites pendant la phase de sommeil paradoxal, c'est à dire quand nous rêvons.
Elles peuvent être produites à l'état éveillé chez les très jeunes enfants, ou bien dans des états modifiés de la conscience.

Comme on vient de le voir, le neurone a la même structure qu'un arbre...
Si nous n'avions pas un cerveau entre les deux oreilles et que nous trouvions par hasard des neurones... En les observant, même au microscope, nous douterions-nous que ces cellules minuscules, mêmes connectées à d'autres, puissent produire de la pensée...?
Dans une forêt, il y a des échanges de molécules entre les arbres, à la fois au niveau des racines et du feuillage.
Et si les forêts "pensaient"...?



Le cerveau magnétique
L'activité des neurones produits des champs magnétiques que l'on peut mesurer grâce à un magnéto-encéphalogramme (MEG).
On sait aussi que le cerveau est réceptif aux champs magnétiques extérieurs. Comme dans le cerveau des oiseaux migrateurs, certains neurones du cerveau humain contiennent des cristaux de magnétite, un composé utilisé pour l'aiguille des boussoles.
Le cerveau serait donc un système ouvert, avec une fonction d'émetteur et de récepteur...


On a découvert récemment des cristaux de magnétite à l'avant du crâne des pigeons. 10 millions de petits cristaux sont concentrés dans une petite zone de 2 milimètres.
On ignore encore comment les informations sur le champ magnétique sont transmises au cerveau, mais les expériences montrent que les pigeons utilisent leur perception du champ magnétique pour s'orienter dans leur migration.
Ainsi, si on les relache à un endroit où on modifie artificiellement le champs magnétique, les pigeons deviennent incapables de retrouver leur chemin.



 
 
Le cerveau quantique
Le mathématicien anglais Roger Penrose a formulé une hypothèse selon laquelle la conscience résulterait d'une superposition d'états quantiques, plus précisément de la "réduction du paquet d'ondes" d'états quantiques superposées dans les molécules de tubuline présentes dans les neurones.
L'hypothèse du cerveau quantique se heurte néanmoins à la fragilité des états quantiques supposés, et au temps de réponse infimes qu'ils imposeraient aux neurones, dont les cycles de décharge sont beaucoup plus lents. Par ailleurs, l'hypothèse n'a pas encore pu être vérifiée expérimentalement.
Lien pour en savoir plus: Des effets quantiques à la base de la conscience?



La synchronisation neuronale
Un autre type de stimulation cérébrale est celle qui vise à renforcer la synchronisation neuronale qui est une clé essentielle du bonheur, des états d'inspiration et de la créativité.
"Le déclic créatif s'expliquerait par la capacité de notre esprit à reconnaitre des formes très rapidement. Soudainement, tous les neurones synchronisent leur transmission d'impulsions et font feu au même moment. Si les spécialistes parviennent à expliquer ce processus simultané, nous aurons accompli un grand pas dans la compréhension de l'énigme de la création." (Dr Michel Bourgignon du service de médecine nucléaire de la faculté d'Orsay)
De même, les états d'extase ou "d'illumination" se produisent lorsque la synchronisation est totale, lorsque tout notre cerveau est accordé sur un même rythme. La cacophonie devient alors de la musique.
Dans la mémoire, l'association d'informations s'effectue lorsque les neurones dont proviennent les informations pulsent à la même fréquence, c'est à dire lorsque les impulsions de ces neurones sont synchronisées, ce qui établit une résonnance. Et c'est également par résonnance que nous rappelons les souvenirs en mémoire. Nous pensons à un événement passé, et par résonnance, les souvenirs associés vont revenir eux aussi.
La synchronicité joue donc un rôle essentiel dans les fonctions mentales de traitement et d'organisation de l'information. Les performances d'un cerveau dans le traitement de l'information seront d'autant plus grandes que les neurones de ce cerveau seront bien synchronisés.
L'une des fonctions du sommeil pourrait être de rétablir cette synchronisation.
Une pensée unifiée permet aussi aux neurones de mieux se synchroniser...
Lorsque nous sommes "un", lorsque toutes les parties de nous-mêmes vibrent à l'unisson, nous renforçons la synchronisation neuronale.
C'est ce qui se produit lorsque nous sommes "unifiés" par la beauté d'une musique...

Pour favoriser "artificiellement" la synchronisation neuronale, il existe plusieurs pistes.
L'une d'elle est la synchronisation des perceptions sensorielles. Nous en faisons l'expérience lorsque nous regardons un film ou un feu d'artifice musical, ou lorsque nous sommes à un concert où la musique est accompagnée par des effets visuels. C'est aussi ce qui se passe quand nous dansons, ou quand nous regardons quelqu'un qui bouge vraiment bien sur la musique, ou encore dans les sports de glisse comme le surf...
 
Une autre piste pour induire la synchronisation neuronale est celle explorée par Robert Monroe qui utilise la propension du cerveau à s'ajuster sur les fréquences reçues de l'extérieur.
L'idée de Monroe était de synchroniser les 2 hémisphères, le rationnel et l'intuitif, en se basant sur la découverte d'un professeur de médecine américain Gerald Oster en 1973, et expliquée par cet article.