La biomachinerie du cerveau se dévoile
ALAIN PEREZ
Publié le : 13 mars 2008
|
Les chercheurs commencent à comprendre le fonctionnement du cerveau en isolant des réseaux de neurones spécialisés chez les animaux.
L'analogie avec l'univers est inévitable. Les neurosciences sont un puits sans fin où chaque nouvelle découverte pose plus de questions qu'elle n'apporte de réponses. Comment comprendre un réseau de cellules nerveuses contenant des milliards de milliards de connexions qui se reconfigurent en permanence ? Quels médiateurs chimiques transportent nos émotions et dictent nos colères ? Où se loge notre conscience et dans quel disque dur s'archivent les scènes de notre vie ? Quels circuits ravivent le souvenir d'un visage aimé dans ce fouillis inextricable de neurones, de synapses et d'astrocytes (1) ? Comment soigner cet organe labyrinthe de 1.500 grammes qui semble s'user avec le temps, malgré son incroyable plasticité et ses étonnantes aptitudes à l'autoréparation.
« Déchiffrer la biologie du cerveau est le grand défi du XXIe siècle. Cette idée était impensable il y a quelques dizaines d'années, quand j'ai commencé ma carrière de chercheur »
, répond le prix Nobel Eric Kandel.
En début d'année, le Salk Institute et le groupe pharmaceutique Ipsen ont réuni à La Jolla, près de San Diego, quelques-uns des meilleurs experts mondiaux du cerveau : Richard Axel, Eric Kandel, Susumu Tonegawa, Jean-Pierre Changeux, Fred Gage, Thomas Jessel. Un plateau de choix pour traiter d'un sujet en pleine effervescence : décrypter les clefs des comportements humains et animaux. Aujourd'hui démarre en France la Semaine du cerveau. Objectif : sensibiliser la société civile aux défis des sciences de la cognition. Ces enjeux ne sont pas seulement académiques. Avec le vieillissement de la population, l'impact des maladies du système nerveux central devient un challenge médico-social majeur pour toute la planète.
« Environ 20 millions de Français ont un malade dans leur entourage et se sentent concernés par les pathologies du cerveau »
, résume Bernard Esambert, président de la Fédération pour la recherche sur le cerveau (FRC).
Déchiffrer le fonctionnement du cortex cérébral dans son ensemble est pour l'instant hors de portée de la science. Les chercheurs préfèrent explorer des zones localisées où siègent des fonctions bien identifiées. Cette approche par défaut est une source de polémiques classique opposant partisans du holisme aux tenants du réductionnisme. Les animaux sont de formidables terrains d'expérimentation. Depuis le poisson zébre transparent au chimpanzé facétieux, en passant par l'increvable drosophile et le minuscule ver « C. elegans ». Ce dernier se contente de quelques centaines de neurones pour survivre. Les primates mobilisent des dizaines de milliards de cellules nerveuses pour exister.
« Les règles d'organisation du cerveau entre les espèces sont très semblables, depuis la lamproie jusqu'à l'homme »,
résume le biologiste français Jean-Pierre Changeux. Cette relative invariance des circuits neuronaux entre l'homme et l'animal est une piste de recherche très active.
La souris reste le modèle préféré. Ce petit rongeur familier est un mammifère s'agitant dans une société bien organisée. Il mène sa vie de couple, élève ses petits souriceaux, éprouve de la peur ou du désir. Peut-être même que certaines souris s'ennuient le dimanche dans les animaleries climatisées cachées dans les sous-sols des laboratoires. Un cerveau de souris est de la taille d'un noyau de cerise. Il peut tomber dans l'engrenage de la drogue, succomber à l'addiction et développer des maladies neurodégénératives comme l'Alzheimer. Un véritable trésor pour les neurobiologistes.
Souris mutantes
Les spécialistes disposent de deux armes très puissantes pour explorer le système nerveux des animaux : l'imagerie médicale fonctionnelle et la génétique. La première permet de voir in vivo les neurones qui s'allument quand il se mettent au travail. Un neurone est une sorte de nanomachine qui roule au glucose. Les champions de l'imagerie fonctionnelle ont appris à détecter cet appétit exclusif pour le sucre. Ils savent aussi greffer une molécule fluorescente sur une cellule nerveuse (2). Ce passager signale tous les déplacements de la cellule dans l'organisme par une trace lumineuse.
Les généticiens sont encore plus habiles. Ils sont capables de supprimer un seul gène dans le génome d'un rongeur afin de vérifier l'impact de cette délétion sur son comportement. Ces souris mutantes ou « knock out » sont l'outil favori des neurologues.
« Nous savons fabriquer des souris qui ne savent pas nager »
, indique Joseph Fetcho du département de neurobiologie et du comportement de l'université Cornell à Ithaca, dans l'Etat de New York. Joseph Fetcho s'est lancé dans un jeu de piste ambitieux : découvrir les gènes responsables des fonctions de base des rongeurs.
« Nous voulons identifier les gènes qui condi- tionnent toutes les formes d'apprentissage. »
Pour percer les motivations secrètes des animaux, il ne faut pas hésiter à poser des questions apparemment sans intérêt.
« Qu'est ce qui fait accélérer un poisson zèbre dans un aquarium »,
se demande David Prober du département de biologie de l'université d'Harvard. La vue d'un prédateur ? L'approche de l'heure du repas ? La trace olfactive d'une opportunité sexuelle à portée de nageoire ? Chez ce poisson transparent comme du verre, il a découvert une piste étonnante : les gènes et les messages biochimiques du sommeil.
« Près de 10 % des humains souffrent de troubles du sommeil. Ce phénomène est encore très mal connu, tout comme la narcolepsie. Nous avons découvert le circuit et les protéines qui contrôlent le sommeil chez le poisson zèbre. Ce schéma est très proche de celui des mammifères »
, indique le chercheur d'Harvard.
Le ver hermaphrodite
Avec son millier de cellules, « C. elegans » est tout en bas de l'échelle du vivant. Ce minuscule ver de 1 millimètre adore la bactérie « E. coli », qu'il dévore sans retenue. Son système nerveux est réduit au strict minimum : 383 neurones chez le mâle et 302 chez l'hermaphrodite. Mais qu'est ce qu'on peut bien faire dans la vie avec un bagage intellectuel aussi mince ? La vie de « C. elegans » se résume à deux actions : manger et se reproduire. Selon Douglas Portman de l'université de Rochester, son comportement est dicté par des préférences olfactives binaires de type attraction-répulsion.
« Ces réactions diffèrent selon le sexe, de même que le mode de déplacement sinusoïdal. »
En d'autres termes, quand M. « C. elegans » se déplace, il ne se tortille pas comme Mme « C. elegans ». Chose incroyable, quand il change de sexe, sa façon de ramper se transforme aussi. A partir de ces travaux, le chercheur américain pense pouvoir expliquer les différences entre les sexes chez les humains et notamment leur résistance aux maladies neurologiques.
« D'un point de vue scientifique, il n'est pas inintéressant de savoir quel est le vécu émotionnel d'un organisme élémentaire comme «C. elegans» »,
juge Yves Christen, qui dirige la fondation Ipsen.
Les travaux de Fred Gage du Salk Institute pourraient eux aussi révolutionner la médecine. Contrairement à un dogme ancien, le cerveau humain produit régulièrement des neurones neufs, grâce à quelques cellules souches très rares. Le chercheur californien a démontré que cette neurogénèse se terminait par une lutte au couteau entre les anciens et les modernes.
« Les nouveaux neurones entrent en compétition avec les cellules existantes. S'ils sont stimulés, ils deviennent fonctionnels. Sinon, ils disparaissent. C'est un processus d'autoréparation qui pourrait devenir une fenêtre thérapeutique »
, rapporte le neurologue californien. Ces progrès extraordinaires font rêver le prix Nobel franco-américain Roger Guillemin.
« Songez que j'ai manipulé plus de 50 tonnes de cerveaux de mouton dans les années 1970 pour isoler un milligramme de TRF, l'hormone qui commande la thyroïde
(3)
. »
Aujourd'hui âgé de quatre-vingt-quatre ans, Roger Guillemin dirige à titre intérimaire le Salk Institute. De son bureau, il surveille l'océan Pacifique, qui poursuit son combat sans fin contre les falaises de La Jolla.
(1) Cellules gliales en forme d'étoile qui forment la population la plus nombreuse dans le cerveau humain.(2) Comme la GFP(« green fluorescent protein »).(3) La découverte de l'hormone TRF (« thyrotropine releasing factor ») lui a valu le prix Nobel de physiologie et de médecineen 1974 avec son confrère endocrinologue Andrew Schally.
Tous droits réservés (2008) LES ECHOS
|
|
|
Toutes les infos 
Etudiants
Accueil
