Evolution du cerveau des primates: la taille n’est qu’un début

De la matière blanche préfrontale aux rainures superficielles ondulées, notre cerveau se démarque.

Source: Deutsch / Pixabay

Dans le dernier post, nous avons appris que le cerveau humain grandit plus longtemps à l’âge adulte, par rapport au cerveau du chimpanzé. Mais pourquoi est-ce important? Il s’avère que ce temps permet un développement accru des structures et des tissus qui peuvent sous-tendre nos traits uniquement humains.

Commençons par le cortex préfrontal.

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Notre cortex préfrontal est la région de notre cerveau située juste derrière notre front, impliquée dans des fonctions cognitives d’ordre supérieur, notamment la prise de décision, la planification, la motricité fine et la pensée abstraite.

Phineas Gage: Étude de cas d’un traumatisme cérébral

Peut-être connaissez-vous d’abord le cortex préfrontal grâce à l’histoire de Phineas Gage, contremaître de chemin de fer qui, en 1848, avait un bourroir en fer, une longue tige qu’il utilisait pour emballer de la poudre explosive dans un trou de quelques mètres de long de diamètre – pénétrer à travers sa joue gauche et sortir à travers son crâne, déchirant à travers son cortex préfrontal.

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Gage a été aveuglé à l’œil gauche, mais a survécu. Sa personnalité, cependant, a radicalement changé. Ceux qui le connaissaient ont signalé un changement presque immédiat dans sa stabilité émotionnelle. Il a commencé à faire preuve d’un manque de conscience de soi, à hurler des jurons et à chasser ceux qui le connaissaient. Il n’était plus fiable au travail et ne pouvait plus occuper un emploi. Il est décédé d’une crise d’épilepsie onze ans après l’accident, à l’âge de 36 ans, après avoir exercé une série de petits boulots à l’intérieur et à l’extérieur des États-Unis.

Cet événement, bien que malheureux, a mis en lumière l’importance de différentes régions du cerveau et conforté la théorie (à l’époque très controversée) selon laquelle différentes régions du cerveau remplissaient différentes fonctions.

Le cortex préfrontal toujours intrigant

Pendant des années, l’importance sous-jacente du cortex préfrontal dans le comportement des primates humains par rapport aux non-primates a été un sujet de débat. En 2002, des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont utilisé des balayages par résonance magnétique (IRM) d’hommes, de singes et de singes pour examiner les différences de volume du cortex frontal ainsi que les différences anatomiques globales. Ils ont découvert que les petits singes, comme les gibbons, et les singes avaient un cortex frontal plus petit que les humains, mais que, comme les humains, les grands singes présentaient un élargissement du cortex frontal.

Quinze ans plus tard, un groupe distinct de chercheurs a examiné la croissance du cortex préfrontal chez différentes espèces de primates et a découvert que les cortex préfrontaux des grands singes et des humains ne suivaient pas un schéma de croissance allométrique standard: le timing et le degré de cortex préfrontal étaient différents. croissance qui ne correspond pas à ce qui avait été observé chez d’autres primates. Lorsqu’un organisme s’éloigne d’un modèle de croissance allométrique commun, il peut être un indicateur d’un changement génétique évolutif. Dans ce cas, il a suggéré que les changements génétiques entraînant une fonction cognitive d’ordre supérieur se sont manifestés il y a environ 15 millions d’années, au début de la lignée des grands singes.

Ainsi, si le degré d’expansion du cortex préfrontal n’est pas très différent, que pourrait sous-tendre la variabilité cognitive entre les humains et les grands singes? La réponse peut (en partie) résider dans les volumes de matière grise et blanche.

Les cerveaux de vertébrés contiennent de la matière grise et blanche. Récemment, un groupe de chercheurs a rapporté que la quantité totale de matière grise et blanche était disproportionnellement plus grande dans le cortex préfrontal de l’homme que chez les primates non humains. Mais qu’est-ce que cela pourrait signifier pour la cognition humaine? Compétences sociales?

Source: Colin Behrens / Pixabay

La matière grise est composée de réseaux de neurones locaux comprenant des dendrites (branches de cellules nerveuses qui transmettent des signaux au corps de la cellule) et des axones non myélinisés. L’augmentation de la matière grise dans les régions du cortex préfrontal s’est avérée positivement corrélée à la maîtrise de soi, caractéristique quelque peu spécifique de l’homme.

La matière blanche se compose principalement d’axones myélinisés à longue portée (axones recouverts d’une gaine protectrice de myéline) et présente un aspect blanchâtre en raison de la teneur élevée en lipides de la myéline. La matière blanche a d’abord été considérée comme un tissu de peu d’importance, mais s’est depuis avérée essentielle pour la fonction cognitive, en dirigeant la communication entre les régions du cerveau.

En 2011, un groupe de chercheurs a étudié le volume de matière blanche chez les chimpanzés et les humains. Le développement de la substance blanche chez les macaques Rhésus , une espèce bien connue de singe de l’Ancien Monde, avait déjà été démontré qu’il était différent de celui observé chez l’homme – la matière blanche atteint les volumes adultes chez les macaques beaucoup plus tôt que chez l’homme. Pour étudier la croissance de la substance blanche du cortex préfrontal au cours des années de développement chez les chimpanzés, l’équipe de recherche a rassemblé des examens par IRM. Ils ont découvert que chez les chimpanzés, le volume de la substance blanche préfrontale restait immature jusqu’à l’âge adulte, caractéristique du développement que l’on retrouve également chez l’homme.

Lorsqu’ils ont comparé la substance blanche des chimpanzés à la substance blanche humaine, le volume de la substance blanche des chimpanzés a augmenté plus lentement au cours de la petite enfance. Bien que mal comprise, cette augmentation rapide est supposée sous-tendre une connectivité neuronale accrue, et donc le développement d’interactions et de compétences sociales plus complexes chez l’homme.

Les humains font preuve d’une flexibilité accrue dans le développement du cerveau

De nombreuses recherches sur le cerveau comparant les êtres humains à leurs parents primates ont été axées sur l’expansion du cortex et l’augmentation relative de la taille du cerveau, mais la flexibilité dans le développement du cerveau a été beaucoup moins étudiée. En 2015, les chercheurs ont mis au point un système permettant d’estimer les bases génétiques de la taille du cerveau ainsi que de l’organisation du cortex chez l’homme et le chimpanzé. Pour ce faire, ils ont utilisé des examens IRM pour examiner le cerveau de 218 humains et de 206 chimpanzés, en comparant les similitudes phénotypiques entre individus apparentés. Ils ont non seulement mesuré les différences de taille du cerveau mais également de sulci (forme et emplacement des sillons souvent décrits comme des «gribouillis» à la surface du cerveau). Les sulci augmentent la surface du cerveau, permettant ainsi une croissance continue, signe de la plasticité accrue. La plasticité cérébrale, ou la capacité du cerveau à réorganiser ses circuits en réponse à des stimuli environnementaux, s’est avérée sous-jacente aux changements de la mémoire et du comportement.

Bien que la taille du cerveau entre individus apparentés ne varie pas de manière significative, les humains étroitement apparentés, par exemple les frères, présentent une variation considérablement plus grande de la forme et de la position de leurs sulcas par rapport aux chimpanzés étroitement apparentés. Ils ont découvert que l’organisation du cortex et la taille du cerveau sont hautement héréditaires chez les chimpanzés, cependant, chez l’homme, ces traits étaient moins héréditaires. Cela indiquait une plasticité accrue dans le développement du cerveau humain.

En d’autres termes, les humains seraient plus en mesure de s’adapter à leur environnement, un trait important qui pourrait expliquer en partie la façon dont les humains ont pu prospérer dans des circonstances aussi variées au fil du temps.