Qu'est-ce que le diable est un Claustrum?

Compte tenu de sa nature subjective, la conscience est déjà un sujet controversé dans le monde de la science du cerveau. Alors que certains neuroscientifiques doutent que la conscience puisse même être étudiée, d'autres s'efforcent toujours d'identifier les parties du cerveau qui soutiennent la conscience subjective. Lors d'un rassemblement de neuroscientifiques le 15 février à Bethesda, Maryland, une annonce a poussé la quête pour comprendre la conscience une fois de plus. Une équipe de neuroscientifiques dirigée par Christof Koch a identifié des neurones dans une région cérébrale relativement obscure connue sous le nom de claustrum qui envoie les fibres loin dans tout le cortex cérébral, bien au-delà de ce qu'elles sont censées projeter. Un neurone montré dans la présentation englouti le cerveau comme une «couronne d'épines» avec ses fibres colossales. Selon Nature News, "Koch voit cela comme une preuve que le claustrum pourrait être la coordination des entrées et des sorties à travers le cerveau pour créer la conscience."

L'hypothèse selon laquelle une région du cerveau pourrait occuper une position privilégiée en tant que porte d'entrée central de la conscience est sûre d'éveiller le débat dans une communauté qui est souvent sceptique de presque toute théorie de la conscience en premier lieu. Mais avant d'explorer la plausibilité de cette hypothèse, qu'est-ce qu'un claustrum?

Contrairement aux amis familiers tels que le cortex cérébral, le cervelet, l'amygdale ou la moelle, le claustrum ressemble au mystérieux voisin de votre immeuble que vous n'avez jamais rencontré. Quand nous parlons du claustrum, nous nous référons à une feuille extrêmement mince de neurones située juste en dessous du lobe insulaire du cortex, le lobe caché qui ne peut être vu par un chirurgien que si d'autres parties du cortex sont écartées. La plupart des mammifères, sinon tous, ont un claustrum. Mais, curieusement, personne ne peut vraiment dire ce que le claustrum fait ou pourquoi c'est important. La vérité effrayante est qu'aucun chirurgien du cerveau ne peut vraiment vous dire ce qui se passerait s'il enlevait cette couverture millimétrique de neurones de votre crâne.

Le claustrum est représenté sous la forme d'une feuille bleue sous le cortex.

Source: Grey's Anatomy / Wikimedia Commons

C'est probablement parce que le claustrum est trop curieusement formé pour manipuler facilement ou lésion. Chaque cerveau a deux claustra orientés le long d'une ligne pointant de l'avant de la tête vers l'arrière. Comme une crêpe débraillée cuite à la hâte lors d'un voyage de camping, le claustrum humain apparaît comme une mince feuille alambiquée. Contrairement à l'amygdale en forme de noix – une petite structure compacte dont la frontière simple pourrait facilement correspondre à la traîtrise de la mort des tissus suite à un accident vasculaire cérébral – l'étrange anatomie du claustrum signifie qu'elle ne peut pas être facilement lésée sans endommager plusieurs structures cérébrales voisines. Pour cette raison, les médecins doivent encore rencontrer un patient dont la lésion ou la lésion claustrale peut être clairement associée à un déficit comportemental ou cognitif. De plus, les scientifiques ne peuvent pas facilement léser le claustrum d'un animal sans endommager d'autres zones du cerveau. En conséquence, aucune expérience à ce jour n'a clairement établi le rôle fonctionnel de l'anatomie la plus curieuse du cerveau.

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Un autre fait étrange au sujet du claustrum est sa rareté de différents types de cellules. Comparé à la riche variété de neurones trouvés dans d'autres parties du cerveau telles que le cortex, le claustrum ne comporte que quelques types de neurones différents. Compte tenu de ce fait, combiné avec la largeur disparaissante du claustrum, on pourrait être tenté de rejeter le claustrum comme une région cérébrale vestigiale, une structure anatomique comme l'appendice humain qui ne sert plus aucun but clair, continuellement réduit génération après génération par le parcimonieux mains de sélection naturelle.

Mais il y a beaucoup de preuves que l'image ci-dessus est fausse. Le claustrum de la souris diffuse son importance par l'ampleur choquante de ses projections que l'équipe de Koch a récemment imagées. Mais le claustrum humain pourrait-il encore être vestigial? C'est aussi improbable. Une étude de neuroimagerie de l'homme par Jack Van Horn et ses collègues de l'Université de Californie du Sud a révélé qu'aucune autre structure cérébrale de volume comparable n'a autant de connexions anatomiques à d'autres structures cérébrales. En d'autres termes, le claustrum est comme une petite gare qui, malgré sa taille compacte, envoie et reçoit des départs et des arrivées d'un grand nombre d'autres gares. La connectivité extrêmement élevée du claustrum suggère qu'il est faussement important dans un ou plusieurs réseaux cérébraux. En fait, l'entrée sensorielle de presque toutes les régions du cortex arrive au claustrum.

Les connexions entre de nombreuses autres régions du cerveau et le claustrum sont cartographiées ici en couleur.

Source: Gattass et al., Front. Syst. Neurosci., 07 mai 2014 (licence Creative Commons)

Compte tenu de cette image révisée du claustrum – loin d'un appendice neural – une nouvelle illusion se dessine. Il n'est pas difficile d'imaginer le claustrum comme une sorte de centre de commande du cerveau, son intérieur doublé d'écrans de télévision affichant l'activité complète du cerveau tandis qu'un petit homme sirote de la limonade et pousse des boutons. Nous sommes peut-être davantage attirés vers cette hypothèse discutable par un rapport publié d'une femme avec des électrodes insérées profondément dans son cerveau pour traiter les crises. La stimulation délivrée par une électrode entre le claustrum gauche et le cortex insulaire a fait perdre conscience à la femme, qu'elle a récupérée après la fin de la stimulation. Puisque d'autres électrodes placées à proximité n'ont pas eu le même effet, ce rapport de cas est la chose la plus proche que les scientifiques ont d'une étude de lésion correcte du claustrum.

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Alors, le claustrum est-il un centre de commandement figuratif? Un concept similaire a été conçu par le mathématicien et philosophe français du XVIIe siècle, René Descartes . Descartes a imaginé qu'il y avait un point dans le cerveau où toutes les informations sensorielles se croisent et qu'une âme éternelle s'assoit et regarde. En fait, il a imaginé que cet endroit serait la glande pinéale – une petite glande endocrine dans le cerveau – étant donné son emplacement confortable et centralisé entre les deux hémisphères cérébraux. Pour cette raison, les théories modernes qui mettent l'accent sur une partie du cerveau en tant que centre de commandement ou âme sont souvent appelées théâtres cartésiens . La métaphore d'un petit homme assis à l'intérieur d'un théâtre dans le cerveau et regardant un étalage de tout son contenu est tentante, mais sa logique est circulaire. Comment ce petit homme regarde-t-il l'affichage? Où est son cerveau, et comment fait-il sens du théâtre autour de lui?

Est-ce que le cerveau a un centre de commandement privilégié? René Descartes croyait que le cerveau et l'âme interagissent au niveau de la glande pinéale.

Source: René Descartes (Wikimedia Commons)

Koch et son regretté collègue Francis Crick , co-découvreur de la structure en double hélice de l'ADN, ont commenté cette vision du claustrum en soulignant que le claustrum est plus susceptible d'être un chef d'orchestre qu'un centre de commandement. Les scientifiques tels que Crick et Koch qui étudient la conscience doivent expliquer pourquoi la conscience ressemble à une chose. Par exemple, la forme, la couleur et la taille d'un ballon sont traitées dans différentes zones du cerveau, en dépit du fait que toutes ces caractéristiques sont intégrées dans un ensemble. De nombreuses théories populaires de la conscience, telles que la théorie de l'information intégrée de Giulio Tononi , soulignent la nécessité d'un cerveau qui intègre des informations à travers de nombreuses structures ou modules pour donner naissance à la conscience. Tononi et d'autres soulignent souvent la coexistence de connexions anatomiques à longue distance et à courte distance dans le cortex cérébral comme support d'une telle intégration. Dans cette perspective, la responsabilité de l'intégration des informations est répartie à travers le cortex par un réseau de fibres différentes. La conscience est auto-organisée dans le cadre de cette théorie: elle ne provient pas d'un lieu ou d'un module, mais plutôt des interactions entre de nombreux modules cérébraux différents.

L'idée qu'une structure telle que le claustrum joue un rôle privilégié de chef d'orchestre, synchronisant et intégrant l'activité des hémisphères cérébraux, semble poser un défi subtil à l'image dominante du cerveau qui met l' accent sur l' auto-organisation et l'activité distribuée. Pourtant, même si ce défi a du mérite, il est important de souligner que le claustrum est susceptible d'être simplement nécessaire et non suffisant pour la conscience. En d'autres termes, l'activité distribuée d'autres zones cérébrales est encore très importante. Le chef d'orchestre peut être nécessaire pour que l'orchestre joue, mais, inutile de le dire, nous avons toujours besoin de l'orchestre pour jouer de la musique!

Pour l'instant, les théories sur la fonction du claustrum restent spéculatives. Bien qu'aucune étude à ce jour n'ait démontré de façon rigoureuse une fonction pour cette crêpe de forme étrange, une approche possible serait d'exprimer des protéines spéciales appelées opsines dans le claustrum qui déclenchent l'activité neurale lorsqu'elles sont stimulées par la lumière. De cette façon, les neuroscientifiques pourraient faire briller la lumière laser sur le claustrum soit pour exciter ou inhiber les neurones claustraux, ce qui dissiperait leur relation causale avec différents comportements. Cette technique, appelée optogénétique , nécessiterait que les scientifiques identifient d'abord une empreinte génétique des gènes exprimés par les neurones claustraux avant qu'ils puissent être ciblés pour l'expression de l'opsine.

Même à la lumière de l'annonce récente de Koch, la fonction de cette structure cérébrale inhabituelle reste mystérieuse. Dans l'océan du cerveau, il y a beaucoup de territoire inexploré à explorer. Pour les jeunes étudiants qui étudient le cerveau, de nombreuses opportunités de se faire un nom attendent. Après tout, en ce qui concerne la fonction, nous ne savons toujours pas ce qu'est un claustrum.

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Regardez le discours de Koch à la réunion d'initiative BRAIN ici (passez à 2:11:30).

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