Qu'est-ce qui rend le cerveau humain "humain?" Partie 2

La première partie de Qu'est-ce qui fait le cerveau humain "humain?" (16 avril 2017) a introduit la question de savoir comment la structure du cerveau humain diffère du cerveau des autres animaux. Il a été souligné que les cerveaux sont de véritables systèmes complexes, produisant des modèles dynamiques et des sous-modèles d'activité électrique et chimique à plusieurs niveaux d'organisation (échelles spatiales). Afin de mieux comprendre ces modèles, la science du cerveau progresse à petits pas – les premiers résultats expérimentaux conduisent à de nouvelles hypothèses, de nouvelles expériences, de nouveaux résultats, et le processus est répété. De cette manière, les vérités scientifiques sont abordées dans une série d'approximations successives. Mais, ici, nous inversons ce processus en spéculant que les cerveaux partagent certaines caractéristiques de base avec des systèmes physiques et sociaux complexes connus qui peuvent servir d'analogues utiles. La figure ci-jointe indique que pour que ce processus soit scientifiquement utile, de telles spéculations devraient être vérifiées pour voir si elles sont compatibles avec la science du cerveau établie. Si de telles idées ne semblent pas violer la science connue, nous pouvons les qualifier de «sensibles au cerveau» et les prendre plus au sérieux.

Source: Paul Nunez

Les questions essentielles sur le comportement de presque tous les systèmes complexes impliquent une distinction entre les états extrêmes de localisation (isolement) et les états globaux . En d'autres termes, nous demandons si le système en question se comporte principalement comme une entité intégrée unique, ce qui implique de fortes interactions continues entre toutes ses parties plus petites. Ou le système se compose-t-il de nombreux petits sous-systèmes qui agissent plus ou moins indépendamment? Cette idée est bien illustrée par les fans qui interagissent dans un stade de football; le comportement collectif du ventilateur est analogue à divers états cérébraux. Avant que le jeu commence, la plupart des interactions se produisent entre les personnes assises près ensemble; les conversations individuelles sont largement indépendantes. Nous pouvons appeler cette condition un état de fan de football de localisation fonctionnelle . L'état opposé se produit lorsqu'un touché est marqué et que les supporters de l'équipe locale sont tous encouragés; appelons cette condition la cohérence globale . Mais même dans cet état mondial, des poches locales de visiteurs mécontents et de buveurs éméchés restent ancrées dans le système mondial.

Le problème local-global est étroitement lié à la santé du cerveau. La science du cerveau suggère que les états cérébraux les plus complexes se situent entre les extrêmes du comportement entièrement local et du comportement global, suggérant ainsi une correspondance entre la complexité du cerveau et une conscience saine. Les systèmes chimiques (neurotransmetteurs) peuvent agir pour déplacer le cerveau vers différents endroits le long de la gamme locale-globale de comportements dynamiques. Différents produits chimiques peuvent modifier la force de couplage entre les zones corticales distinctes par des actions sélectives à différentes profondeurs corticales. Une conscience saine est associée à un bon équilibre entre les mécanismes locaux, régionaux et mondiaux. Les états cérébraux réels qui semblent analogues à ces états de football métaphoriques vont de la schizophrénie et l'autisme (localisation extrême) aux états sains (localisation modérée) au coma ou à l'anesthésie (extrême cohérence globale).

Comment la physiologie du cerveau humain a-t-elle évolué pour générer des modèles complexes et permettre aux cerveaux de passer facilement de l'état localisé à l'état global? En particulier, la prépondérance des petites connexions du monde entre les régions éloignées du cortex cérébral humain fournit un moyen plausible pour produire une large gamme de modèles cérébraux complexes. Chaque paire de neurones dans le cortex cérébral des mammifères peut être séparée par une longueur de trajet de seulement deux ou trois synapses. Ceci suggère qu'un potentiel d'action d'un neurone cible un neurone secondaire qui, à son tour, cible un troisième neurone, et ainsi de suite. Mais, seulement deux ou trois de ces étapes peuvent être nécessaires pour que les influences d'une région s'étendent au cortex lointain. De telles longueurs cortico-corticales sont analogues au réseau social humain global avec ses soi-disant six degrés de séparation entre deux humains, signifiant une longueur de pas plus de six contacts sociaux dans le monde entier. Choisissez quelqu'un au hasard, dit un homme de Taiwan. Vous connaissez probablement quelqu'un, qui connaît quelqu'un, et ainsi de suite qui connaît cet homme, avec peut-être seulement six étapes de connaissances nécessaires pour compléter le chemin. Nous, les humains, vivons dans un petit réseau social mondial. Plusieurs autres propriétés sont souvent associées à des réseaux de petit monde. Généralement, il y a une surabondance de noeuds nodaux dans le réseau avec un nombre élevé de connexions. Par analogie, les réseaux du petit monde des trajectoires de vol des compagnies aériennes ont de courtes distances de déplacement (longueurs de trajet) entre deux villes parce que de nombreux vols sont acheminés à travers les villes-pivots.

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Source: Paul Nunez

Le cortex cérébral forme une couche externe du cerveau. Comment nos arguments sur les connexions corticales du petit monde se rapportent-ils au cerveau de différents mammifères? Supposons que nous comptons le nombre d'axones qui entrent et sortent d'un patch du dessous du cortex. Certaines de ces fibres relient le cortex au cortex (fibres cortico-corticales); d'autres connectent le cortex aux structures profondes (mésencéphale), en particulier le thalamus. Dans le cerveau humain seulement environ 2 à 5% des fibres humaines entrant ou sortant du cortex sont connectées aux structures du mésencéphale. Autrement dit, la grande majorité de ces fibres (axones) chez l'homme sont cortico-corticales. En revanche, la densité relative des axones cortico-corticaux est beaucoup plus faible chez les mammifères inférieurs, peut-être seulement environ 50 pour cent chez les rats, par exemple.

Il semble que la densité relative des fibres cortico-corticales augmente progressivement à mesure que les mammifères deviennent capables d'un comportement plus complexe. Cela semble avoir un sens intuitif – je prétends que je suis plus intelligent que mon chien Savannah, mais dans quel sens suis-je plus intelligent? Mon cortex olfactif est un crétin comparé à celui de Savannah. D'une manière ou d'une autre, notre humanité semble provenir d'interactions globales de multiples neurones et colonnes corticaux à différentes échelles dans la hiérarchie imbriquée du tissu cortical. La rétroaction dynamique reliant le cortex au cortex peut être relativement plus importante chez les humains que chez les mammifères inférieurs.

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