PLASTICITÉ CÉRÉBRALE

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Des preuves à l’appui de la plasticité cérébrale

Il faudra bien cependant concéder au minimum des îlots de plasticité dans un cerveau rigide... Car, à côté de l'étroite spécialisation nerveuse, certaines preuves indiscutables de cette plasticité vont être produites à partir des années 1960.

Modifications des connexions entre neurones après neurochirurgie

Pour les neuro-embryologistes, l'approche de la plasticité consistait à tester la capacité de restauration ou de réorganisation du système nerveux, à la suite de modifications de connexions entre neurones provoquées chez l'animal adulte ou au cours du développement. L'Américain Roger W. Sperry (1913-1994) montre ainsi que lorsque, chez la grenouille adulte, un œil est retourné de 180 degrés dans son orbite, les fibres provenant de la rétine se reconnectent à leur place initiale sur le tectum, principal centre optique de l'animal. Il en résulte d'abord une inversion du champ visuel. Cette inversion résulte du maintien des connexions rétinotectales qui inverse la carte rétinotopique sur le tectum. Mais le rétablissement ultérieur de la vision binoculaire révèle une modification des connexions intertectales (entre les tectums, situés des deux côtés du cerveau). Par ailleurs, le schéma des connexions rétino-tectales change plusieurs mois après l'ablation neurochirurgicale d'une partie de la rétine ou du tectum avec la restauration de la topographie des projections sur les surfaces restantes. De telles données expérimentales démontrent bien la plasticité de certains étages du système visuel.

Effets plastiques des privations sensorielles au cours du développement

La plasticité du système visuel chez les vertébrés supérieurs, chez lesquels les expériences neurochirurgicales étaient impossibles, est explorée par David Hubel et Torsten Wiesel dès le début des années 1960. Il s'agit de modifier l'expérience sensorielle de l'animal au cours de son développement et d'en étudier les conséquences sur l'organisation fonctionnelle du cortex. Il existe des périodes critiques du développement pendant lesquelles l’absence d’expérience ou d’exposition à une stimulation entraîne des conséquences irréversibles dans le circuit cérébral. Ainsi, le système visuel du chat ne se développe pas et même s'atrophie si l'animal n'est pas exposé aux stimuli lumineux après la naissance. Cependant, cela n'implique pas la plasticité des systèmes sensoriels chez le chat adulte.

Modifications des cartes sensorielles chez l'animal adulte

Dès les années 1970, on avait montré chez l'animal adulte que les protocoles de conditionnement pouvaient modifier de manière sélective la réponse sensorielle d'un neurone isolé. Le neurophysiologiste français Jean-Marc Edeline, travaillant sur la plasticité dans le système auditif, a démontré par la suite que la fréquence de décharge caractéristique d'un neurone, celle où la réponse est la plus forte, peut être modifiée par l'apprentissage. Le conditionnement sonore produit une modification de la fréquence préférentielle de certains neurones du cortex et du thalamus auditifs. Le champ récepteur des neurones – gamme des fréquences tonales qui provoquent leur réponse – est alors sélectivement modifié.

Toutefois, il fallait démontrer que les cartes sensorielles corticales elles-mêmes étaient susceptibles de se modifier chez l'adulte. Dans les années 1990, de très nombreux laboratoires ont mis en évidence de telles modifications, et cela pour toutes les modalités sensorielles. Les conditions opératoires peuvent être des lésions ponctuelles de l'épithélium sensoriel (désafférentation), des manipulations électrophysiologiques du niveau de dépolarisation d'un neurone lors de la présentation d'un stimulus, et plus rarement de réels entraînements comportementaux.

Charles Gilbert et Torsten Wiesel provoquent des lésions ponctuelles au niveau de la rétine et procèdent à l'examen des cartes corticales rétinotopiques. Cette observation révèle que les neurones visuels ont des champs récepteurs qui changent de taille lorsqu'ils sont adjacents à des neurones dont les champs récepteurs dépendent de plages rétiniennes lésées. Après quelques mois, la zone corticale devenue silencieuse du fait de la lésion rétinienne commence à répondre lorsque l'on stimule les régions rétiniennes adjacentes à la lésion. Le remplissage au niveau du cortex atténue les effets de celle-ci.

Le domaine somesthésique semble avoir aujourd'hui supplanté en intérêt le système visuel. Autour des années 1990, les expériences de Michael Merzenich (université de Californie, San Francisco) et de Jon Kaas (université Vanderbilt, Nashville) mettent en évidence les modifications des cartes somatotopiques lorsque l'on intervient sur les récepteurs périphériques ou les nerfs – ce que l'on peut faire en sectionnant ces derniers, en altérant les relations entre les régions adjacentes des membres (en cousant ensemble les doigts d'une main de singe par exemple) ou en augmentant le recours au système somesthésique par une utilisation accrue de la main. La plasticité corticale concerne aussi le système auditif et les cartes tonotopiques : après avoir entraîné un singe adulte à discriminer certaines fréquences (apprentissage), Gregg Recanzone (université de Californie, Davis) et Michael Merzenich ont ainsi constaté une modification de la représentation corticale des fréquences auditives avec agrandissement des zones corticales représentant approximativement la fréquence à laquelle l'animal avait été entraîné. L'étendue est corrélée à la performance comportementale en fin d'entraînement.

Plasticité du cortex somesthésique

Dessin : Plasticité du cortex somesthésique

La partie haute de la figure (a) illustre l'augmentation de la surface dévolue aux sensations somesthésiques dans le cas d'une stimulation répétée d'une patte de singe. La région en bleu sur la patte se projette sur la zone2 (en bleu) du cortex. Après des stimulations répétées de la... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Réorganisation du cortex chez l'homme

Les études de la plasticité sensorielle chez l'homme adulte sont venues confirmer les résultats expérimentaux obtenus chez l'animal. Les observations s'effectuent soit à la suite de traumas, soit en relation avec les illusions perceptives, ou en rapport avec les recherches des mécanismes cognitifs (mémoire). Vilayanur Ramachandran (université de Californie, San Diego) montre qu'un stimulus sur le visage produit des sensations de la main manquante chez l'amputé (« membre fantôme »). Il est même possible de tracer une carte de la main sur le visage, ainsi d'ailleurs que sur le bras. Ces curieux phénomènes de réorganisations perceptives ne sont explicables que par la plasticité du cortex somesthésique, les fibres sensorielles partant du visage envahissant le territoire devenu vacant du cortex de la main à la suite de l'amputation.

Cartes de la main sur la peau après amputation chez l’homme

Photographie : Cartes de la main sur la peau après amputation chez l’homme

Après une amputation, les zones du cortex cérébral où sont localisées les représentations du visage et du moignon finissent par recouvrir celle du bras amputé. La main fantôme va se retrouver dans les sensations au niveau du visage et au niveau du moignon. Un patient dont on... 

Crédits : avec l'aimable autorisation de V. Ramachandran

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La plasticité ne se révèle pas seulement sensorielle, elle concerne aussi les aptitudes motrices et cognitives : langage, lecture, compétence musicale ou encore mathématique, etc. Dans les années 2000, les techniques de neuro-imagerie ont révolutionné l'étude de la plasticité cérébrale dan [...]

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Plasticité du cortex somesthésique

Plasticité du cortex somesthésique
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Cartes de la main sur la peau après amputation chez l’homme

Cartes de la main sur la peau après amputation chez l’homme
Crédits : avec l'aimable autorisation de V. Ramachandran

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Théorie des assemblées cellulaires de Hebb

Théorie des assemblées cellulaires de Hebb
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Aplysie ou lièvre de mer

Aplysie ou lièvre de mer
Crédits : Chad King/ NOAA/ Flickr.fr ; CC 2.0

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  • : professeur des Universités (histoire et philosophie des sciences) à l'université de Picardie Jules Verne, Amiens

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Pour citer l’article

Jean-Claude DUPONT, « PLASTICITÉ CÉRÉBRALE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/plasticite-cerebrale/