Pourquoi le cerveau humain est-il si plissé ? La réponse a longtemps sonné comme une évidence : pour maximiser la surface du cortex (communément appelé « matière grise ») afin d’y loger un maximum de neurones dans un volume crânien contraint. Cette théorie du « pliage par manque de place » a effectivement une part de vérité, mais elle ne suffit pas à expliquer entièrement la forme de notre organe cérébral.
En neurosciences, il est désormais établi que la topographie de ces plis influence directement l’organisation fonctionnelle du cerveau. En rapprochant certaines aires corticales qui communiquent fréquemment, ces sillons optimiseraient la vitesse et l’efficacité des connexions neuronales. Une équipe de chercheurs de l’Université de Californie (Berkeley) s’est intéressée, dans cette étude publiée le 19 mai, à un sous-groupe de ces replis : les sulci tertiaires. Leur variabilité de profondeur semble, chez l’humain, jouer un rôle décisif dans la qualité du raisonnement.
Raisonner mieux, à quelques plis près
Chez l’être humain, la surface du cerveau s’apparente à une véritable carte en relief, où alternent bosses, creux et sillons. Si le cortex de tous les mammifères présente une structure assez uniforme, les primates, et tout particulièrement l’espèce humaine, sont dotés d’un réseau de plis beaucoup plus dense.
Les sulci tertiaires, mentionnés précédemment, apparaissent tardivement pendant le développement fœtal. D’un point de vue évolutif, ce sont des structures récentes, propres aux zones du cerveau humain ayant connu l’une des croissances les plus intenses. Trop petits pour être visibles sur les premières cartographies cérébrales, ils ont longtemps échappé à l’œil aiguisé des chercheurs, enfouis au milieu du dédale cortical. Ce n’est qu’à partir des années 1990 que l’on a pu les voir en détail, grâce aux progrès de l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique)
C’est sur ces plis minuscules que se sont concentrés Silvia Bunge et Kevin Weiner dans leur étude, spécialistes des liens entre anatomie cérébrale et cognition à UC Berkeley. Ils se sont intéressés à l’idée suivante : lorsque ces sulci tertiaires se forment, ils pourraient rapprocher physiquement des régions du cerveau qui sont fortement interconnectées, notamment le cortex préfrontal latéral et le cortex pariétal latéral, tous deux essentiels au raisonnement.
Ce rapprochement géométrique réduirait par conséquent la longueur des fibres nerveuses reliant ces zones, ce qui diminuerait le temps nécessaire aux signaux pour circuler entre elles. À terme, cette organisation plus compacte pourrait favoriser une communication plus rapide et plus efficace dans les réseaux neuronaux qui sous-tendent les capacités de raisonnement et de planification.
Observer le raisonnement en temps réel dans le cerveau
L’étude a porté sur 43 participants, enfants et adolescents âgés de 7 à 18 ans ; tous ont été soumis à des exercices de raisonnement pendant des séances d’IRM. Ce protocole a permis aux chercheurs d’enregistrer en temps réel l’activité de leurs régions cérébrales sollicitées lors de l’expérimentation. Ils ont concentré leur analyse sur 21 sillons identifiés dans chaque hémisphère, en particulier ceux situés dans le cortex préfrontal latéral et le cortex pariétal latéral.
En mesurant la profondeur de ces petits plis et en suivant l’activité cérébrale pendant les exercices de raisonnement, les chercheurs ont observé une corrélation : lorsque certains sulci tertiaires étaient plus creusés, les régions du cerveau concernées travaillaient de façon plus synchronisée. Les échanges d’informations entre ces zones étaient donc mieux coordonnés lorsque la géométrie du cortex rapprochait physiquement les zones qui doivent communiquer. Si l’on exprime cette observation plus simplement : plus les plis sont profonds, plus la capacité de raisonnement est efficace.
Cette exploration des liens entre forme et fonction peut être vue comme une prolongation des travaux antérieurs de Kevin Weiner (psychologue et neuroscientifique, co-auteur de cette étude), menés en 2018 sur une autre région du cerveau : la zone visuelle impliquée dans la reconnaissance des visages.
Son étude avait déjà mis en évidence que la longueur du sillon médio-fusiforme (une petite fente sur la surface du cerveau) variait fortement d’une personne à l’autre, et qu’elle était corrélée à la disposition à reconnaître les visages. Chez les personnes atteintes de prosopagnosie (l’incapacité de reconnaître les visages malgré l’absence de lésions cérébrales), par exemple, ce pli apparaît souvent plus court et moins profond que chez les individus non affectés.
Weiner explique : « Nous avions des hypothèses très précises sur les sulci tertiaires du cortex préfrontal latéral qui seraient fonctionnellement connectés à ceux du cortex pariétal latéral, et ces résultats les ont confirmées ».
Tout se joue-t-il à la naissance ?
La présence ou l’absence de certains sulci tertiaires semble déterminée dès la fin du développement prénatal. Leur profondeur, en revanche, pourrait rester partiellement modulable après la naissance. Cela signifie que la structure de base est mise en place tôt, mais que des adaptations de celle-ci reste encore possibles.
Silvia Bunge, qui a participé à la rédaction du papier, tient à insister sur ce point : la capacité de raisonnement d’un individu n’est pas uniquement dépendante de ses plis corticaux. « Les capacités intellectuelles reposent sur une combinaison complexe de paramètres anatomiques et fonctionnels. Mais surtout, nous savons aujourd’hui que des facteurs comme la qualité de l’éducation influencent fortement le développement cognitif, et que cette évolution reste possible même à l’âge adulte », explique-t-elle.
Ces micro-variations anatomiques ne sont donc pas figées, en particulier au cours de l’enfance et de l’adolescence : des périodes durant lesquelles le cerveau conserve une forte plasticité.
Nous pouvons tirer deux conclusions de cette étude. La première, c’est que l’idée d’un cerveau « pré-câblé », pétrifié à tout jamais à partir du moment où un individu naît, n’existe pas. La seconde, qui peut paraître contraire à la première, c’est que l’intelligence humaine, au sens biologique, reste tout de même tributaire de contraintes biologiques, enracinées profondément dans notre cerveau. Par conséquent, cette dernière résulte d’un équilibre entre une « ossature cérébrale » fixée tôt dans notre existence et les modifications des réseaux neuronaux induites par l’expérience individuelle, qui sculptent l’organisation interne de notre machine à penser.
- Certains micro-plis du cerveau influencent l’efficacité des échanges entre régions impliquées dans le raisonnement.
- Leur configuration initiale apparaît dès la fin du développement prénatal, mais reste en partie modulable par l’expérience.
- L’intelligence résulte d’une interaction permanente entre structure biologique et parcours individuel.
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