Le cerveau humain est en réalité deux organes distincts, selon une étude de Stanford

Un modèle du développement cérébral vieux de plusieurs décennies s'effondre

Pendant des siècles, le cerveau humain a été décrit comme un organe unique et unifié — une seule structure avec un seul point d'origine. Des recherches menées par Stanford Medicine soutiennent désormais que cette conception est erronée. Selon l'équipe, le cerveau se comprend mieux comme deux organes distincts qui ont évolué selon des trajectoires séparées pendant des centaines de millions d'années avant de se retrouver réunis dans la boîte crânienne. Ces travaux paraissent dans la revue à comité de lecture Nature Neuroscience.

Ce résultat renverse un modèle qui a façonné la biologie du développement pendant des décennies. Les chercheurs avaient longtemps supposé qu'une seule cellule progénitrice présente très tôt dans la vie embryonnaire produit l'ensemble du cerveau, ce qui signifie que chaque région partage un ancêtre développemental commun. Selon les nouvelles conclusions, cette hypothèse ne tient pas.

Kyle Loh, Ph.D., professeur associé de biologie du développement, est l'auteur principal de l'étude. Il a déclaré que l'équipe a montré pour la première fois que l'avant du cerveau et l'arrière du cerveau proviennent de cellules progénitrices entièrement différentes. Les étudiants de troisième cycle Carolyn Dundes et Rayyan Jokhai sont crédités comme co-premiers auteurs de l'article.

Deux systèmes nerveux partageant un seul crâne

Qualifier le cerveau de deux organes est plus qu'une querelle sémantique. Un composant est un système nerveux ancien qui maintient le corps en fonctionnement sans intervention consciente, tandis que l'autre soutient tout ce que nous associons au fait d'être distinctement humain — écrire de la poésie, résoudre des mathématiques, ou se demander d'où nous venons à l'origine.

Le cerveau adulte est classiquement divisé en trois grandes régions, et la séparation décrite dans l'étude correspond étroitement au fonctionnement de ces régions :

• Prosencéphale : le siège de la pensée de haut niveau, notamment le langage, la conscience et le raisonnement abstrait.
• Mésencéphale : une région située entre les deux extrêmes dans l'account traditionnel en trois parties.
• Rhombencéphale : situé à l'arrière du crâne et communément appelé tronc cérébral, il gère les fonctions automatiques essentielles à la survie.

La moitié ancienne

Les circuits du rhombencéphale régulent la respiration et le sommeil, et gouvernent les battements du cœur et les sensations de faim. Ils contrôlent également les muscles du visage, de la langue et de la gorge, la mécanique impliquée dans la parole. Rien de tout cela ne nécessite une pensée délibérée, ce qui est précisément l'essentiel : ce système gère des fonctions qu'il serait catastrophique de laisser à la décision consciente.

La moitié distinctement humaine

Le prosencéphale est le lieu de la cognition d'ordre supérieur — le langage, la conscience et la capacité de raisonnement abstrait. Placer ces deux systèmes côte à côte, avec des histoires évolutives différentes et des rôles radicalement différents, constitue le cœur de la découverte. Ce que les chercheurs considéraient auparavant comme un seul organe avec un seul plan de construction s'avère être un appariement d'architecture neuronale ancienne et récente.

Pourquoi certaines cellules cérébrales refusaient de croître en laboratoire

Une énigme pratique de longue date pourrait désormais trouver une explication. Les scientifiques ont passé des décennies à tenter d'amener certaines classes de cellules cérébrales à survivre et à mûrir dans des boîtes de laboratoire, avec un succès limité. Si le prosencéphale et le rhombencéphale descendent de progéniteurs distincts, alors les protocoles de culture conçus autour d'une origine commune unique auraient été inadaptés dès le départ — une raison plausible pour laquelle les efforts n'ont cessé de stagner.

La nouvelle compréhension indique également une voie à suivre. Loh a noté que les neurones du rhombencéphale peuvent désormais être cultivés dans une boîte de Petri afin que leurs fonctions puissent être étudiées directement, ce que l'ancien modèle n'avait jamais envisagé.

De nouvelles pistes pour les maladies du tronc cérébral

Les implications touchent certaines des affections les plus dévastatrices affectant le système nerveux, en particulier celles liées au tronc cérébral :

• Amyotrophie spinale (SMA) : une affection qui touche le tronc cérébral et les motoneurones impliqués dans le mouvement.
• Sclérose latérale amyotrophique (SLA) : également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig, un autre trouble lié au tronc cérébral avec peu de traitements efficaces.

Pouvoir cultiver des neurones dérivés du rhombencéphale en dehors du corps ouvre la porte à l'observation de la façon dont ces cellules dysfonctionnent, plutôt que de l'inférer à partir de modèles animaux ou de tissus post-mortem. Pour les maladies où le tronc cérébral est une cible principale, il s'agit d'un changement significatif dans ce que les chercheurs peuvent réellement observer en temps réel.

Ce que la découverte change

L'effet le plus immédiat est peut-être conceptuel. Une génération de manuels, de protocoles de laboratoire et d'hypothèses expérimentales reposait sur l'idée qu'une seule cellule progénitrice engendre tout le cerveau. Si cette prémisse est fausse, alors les questions sur la manière dont les deux systèmes se coordonnent — comment un ancien réseau régulateur et un réseau cognitif plus récent communiquent, et comment ils ont été assemblés au cours du temps évolutif — deviennent bien plus centrales pour le domaine.

La découverte recadre également la façon dont les scientifiques pensent l'identité cellulaire. Les cellules de l'arrière du cerveau et les cellules de l'avant ne sont pas de simples variations sur un même thème ; elles remontent à des points de départ différents. Cette distinction pourrait façonner la manière dont les chercheurs abordent tout, des études développementales aux stratégies régénératives.

L'essentiel

Ce qui se trouve à l'intérieur du crâne humain n'est pas un seul organe mais deux — un système primitif qui fait battre le cœur et fonctionner les poumons, et un système plus récent qui produit la poésie, les mathématiques et la réflexion sur soi. L'étude, menée par Stanford Medicine et publiée dans Nature Neuroscience, remet en question un modèle dominant du développement cérébral et offre aux chercheurs une nouvelle voie pour étudier les maladies du tronc cérébral telles que la SMA et la SLA.

Pour un domaine qui a passé des décennies à tenter de faire croître des cellules cérébrales récalcitrantes en laboratoire, l'explication est peut-être plus simple que quiconque ne l'attendait : les scientifiques travaillaient à partir du mauvais plan de construction.

Cet article est basé sur un reportage de Medical Xpress. Lire l'article original.