Développement du cerveau : la « centrale électrique infrastructurelle » au-dessus de nos têtes

Produit par : Science Popularization China

Auteur : Wang Fei (doctorat en neurosciences)

Producteur : China Science Expo

Depuis 2000, le 16 septembre de chaque année est désigné comme la « Journée de la santé cérébrale en Chine ». À mesure que la sensibilisation des gens à la santé augmente, la santé du cerveau attire progressivement l’attention de tous. Cependant, beaucoup d’entre nous ne comprennent pas réellement cet organe essentiel et nous avons de nombreuses questions sur le développement et le fonctionnement du cerveau.

Cerveau : Connaissez-vous vraiment cet organe de votre corps ?

Pourquoi y a-t-il une si grande différence de QI entre les gens ? Einstein, qui a le cerveau le plus intelligent, a-t-il vraiment un cerveau supplémentaire par rapport à la personne moyenne ?

Albert Einstein

(Source de la photo : Galerie Veer)

En fait, d’un point de vue anatomique, il n’y a pas beaucoup de différences entre les cerveaux de différentes personnes. Le fonctionnement du cerveau est si finement régulé et si fortement contraint que toute différence relativement importante serait fatale. Les différences entre chacun d’entre nous sont davantage dues aux différents rythmes de développement du cerveau.

Le cerveau de certaines personnes grandit plus vite et elles peuvent devenir des enfants prodiges dès leur plus jeune âge ; tandis que le cerveau de certaines personnes grandit plus lentement et qu'elles peuvent toujours réagir lentement.

Mais qu’ils soient intelligents ou stupides, le développement de leur cerveau est un processus long et complexe, plus complexe et sophistiqué que n’importe quel processus industriel dans la société humaine d’aujourd’hui.

En fait, notre cerveau est également une « centrale d’infrastructure ». On peut dire que sa vitesse de développement est la plus rapide dans les tissus du corps humain . Ensuite, je parlerai des quatre caractéristiques du développement du cerveau. Après avoir écouté ces quatre caractéristiques, évaluons si notre cerveau peut remporter le titre de « centrale électrique en matière d’infrastructures ».

Développement long : temps global long, nombreux projets

Tout d’abord, la première caractéristique du développement du cerveau est qu’il prend beaucoup de temps . Veuillez noter que long ne signifie pas lent, cela signifie que le temps global est long et qu'il y a de nombreux projets à réaliser.

Contrairement à d’autres animaux, le cerveau humain a besoin de près d’une décennie de développement et d’apprentissage avant de pouvoir devenir un cerveau indépendant. Comparés aux faons qui peuvent courir dès leur naissance, ou aux oiseaux qui peuvent chanter dès leur éclosion, nous, les humains, sommes vraiment des « retardataires ».

Développement du cerveau du fœtus

(Source de la photo : Galerie Veer)

Nous savons tous que le cerveau humain est un organe multifonctionnel qui non seulement collecte des informations mais contrôle également les mouvements. Il ne s’agit pas seulement de développer le langage, mais aussi de former la pensée.

En prenant simplement l’exemple du processus d’apprentissage d’une langue, nous pouvons ressentir le long processus de développement du cerveau.

Les bébés commencent à babiller à l’âge de deux mois, mais ce n’est que le début. Le cerveau commence à commander aux muscles de produire des sons. Dans les années d’apprentissage à venir, les humains devront encore se souvenir de nombreux noms et connaître leur prononciation. Mais il ne suffit pas de « lancer des mots ». Si une personne veut exprimer ses idées avec précision, elle doit accumuler beaucoup d’expérience et résumer beaucoup d’expérience. Si l’on veut apprendre à lire et à communiquer des idées avec les autres, des décennies d’éducation, de l’école primaire au collège, ne suffiront pas.

Au cours de ce processus long et complexe de développement du cerveau, les gènes et l’environnement influencent à tout moment la formation de chaque cerveau unique.

Modèle de structure tridimensionnelle de l'ADN

(Source de la photo : Galerie Veer)

De la grossesse à la naissance, puis après plus de dix ans de développement, l’environnement extérieur vécu par chaque personne varie considérablement. Les stimuli externes reçus par le cerveau à chaque étape sont également différents, ce qui conduit aux différences dans chacun de nos cerveaux.

Échelle de développement : un projet énorme dans un petit cerveau

Deuxièmement, l’ampleur du développement du cerveau est énorme. La raison pour laquelle le processus de développement du cerveau humain est si long est que le développement du cerveau humain est un projet énorme. Ce projet est encore plus ambitieux que la construction d’un porte-avions ou que l’envoi d’un homme sur la Lune.

Bien que ce processus soit limité à nos petites têtes, jusqu’à présent, aucun pays n’a été capable de simuler ne serait-ce qu’un pour cent de ce projet. Ce projet implique à la fois la différenciation cellulaire et la migration cellulaire, non seulement la combinaison de différentes structures mais aussi le contrôle d'informations complexes.

En termes simples, le développement du cerveau est comparable à un art traditionnel du Nord : souffler des figurines en sucre.

Souffler des chiffres de sucre

(Source de la photo : Galerie Veer)

La couche cellulaire située sur la face dorsale de la surface supérieure de l'embryon se développe en une crêpe appelée plaque neurale . Quatorze jours après la naissance, la plaque neurale se replie progressivement dans le tube neural . Au 25e jour, le tube neural ressemble à un bonhomme en sucre gonflé, avec trois boules gonflées qui apparaissent, qui se développent plus tard respectivement en cerveau antérieur, en cerveau moyen et en cerveau postérieur .

Avec ces structures de base, il ne reste plus qu’à les peaufiner. Une paire de petites protubérances ont été pincées à partir du renflement à l'avant, qui se sont ensuite développées en yeux. Le long tube fin à l’arrière se développe progressivement en moelle épinière. Le cerveau et la moelle épinière constituent le système nerveux central, tandis que le système nerveux périphérique est constitué des fibres nerveuses qui émanent du cerveau et de la moelle épinière et contrôlent le mouvement des membres et des organes internes. Le cerveau envoie des centaines de fibres nerveuses aux membres, qui établissent des connexions avec les muscles et les récepteurs.

Développement embryonnaire

(Source de la photo : Galerie Veer)

Jusqu’au jour de la naissance du fœtus, le cerveau continue de changer. La croissance du cerveau atteint la moitié de celle d'un adulte à six mois, atteint 60 % à un an, 75 % à deux ans et demi, 90 % à six ans et n'est pas la même que celle d'un adulte avant dix ans .

D’un ovule fécondé aux 14 milliards de cellules d’un cerveau adulte. Ce projet revient à demander à tous les habitants de la Terre de construire une nouvelle ville sur Mars. Non seulement tout le monde aura une maison où vivre, mais il y aura aussi des transports, des fournitures matérielles, etc. En fait, le développement du cerveau est beaucoup plus compliqué que la construction d’une nouvelle ville.

Croissance spectaculaire : un bond d'un à dix milliards

Une autre caractéristique du développement cellulaire dans le cerveau est qu’il est spectaculaire ou rapide. Car l’essentiel du travail de cet immense projet a été réalisé en quelques centaines de jours seulement .

Le développement d’aucun autre organe du corps humain n’est aussi spectaculaire que celui du cerveau. Au cours des dix mois qui s'écoulent entre la fécondation et la naissance, le nombre de neurones passe de « un » à près de « dix milliards » .

Et ce n’est pas seulement un changement de nombre ; ces neurones doivent également être connectés les uns aux autres pour construire un réseau d'information complexe. Ce réseau est encore plus complexe que l’Internet actuel. Imaginez que le réseau neuronal du cerveau est comme si chacun d’entre nous tenait des centaines de téléphones portables dans ses mains pour communiquer avec tout le monde sur Terre. Quelle vue spectaculaire !

Neurones

(Source de la photo : Galerie Veer)

Examinons un autre ensemble de données, qui peut être plus intuitif.

Plus de 4 000 cellules nerveuses apparaissent dans le cerveau du fœtus chaque seconde et 30 000 connexions synaptiques se forment chaque seconde dans un centimètre carré. Cette vitesse est inaccessible à toute transmission Internet actuelle.

En fait, on peut aussi le constater à travers la croissance d’un bébé. En quelques années, il passe de l'ignorance du monde à la connaissance de tout comme un « petit adulte ». C'est beaucoup plus rapide que les robots que nous avons aujourd'hui !

L’apport d’informations, l’établissement de l’intelligence, la mise à jour continue de la structure et l’établissement de diverses fonctions complexes du cerveau peuvent tous être décrits comme « progressant à pas de géant ».

Réseau neuronal dans le cerveau humain

(Source de la photo : Galerie Veer)

Il existe également une période critique pour le développement du cerveau. Durant cette période, le cerveau se développe rapidement et apprend tout plus rapidement. Une fois cette période critique dépassée, nous aurons besoin de plusieurs fois plus d’efforts pour apprendre la même chose et acquérir la même fonction.

Au cours de la période critique, d'énormes changements se produisent dans le cerveau, les épines dendritiques des cellules nerveuses sont élaguées et leur nombre passe d'une augmentation constante à une diminution. Le nombre de cellules dans le cerveau ne continue pas d’augmenter. Certaines cellules meurent activement au cours du développement. Ce processus est appelé mort cellulaire programmée .

Développement complexe : forte plasticité constamment mise à jour

Enfin, examinons une autre caractéristique du développement des fonctions cérébrales : la complexité.

Ne soyez pas étonné de la sophistication des montres suisses, car elles contiennent des milliers de pièces regroupées dans un espace minuscule. Ne soyez pas trop impressionné par la complexité du moteur d’une voiture de sport ; ce n'est rien de plus qu'un gros rocher comparé à la complexité et à la sophistication du cerveau.

On peut dire que le cerveau humain est la machine la plus complexe au monde. Même le cerveau d’une petite mouche ne pourrait pas rivaliser avec nos ordinateurs géants actuels.

Nous venons de dire qu’il y a environ 14 milliards de cellules nerveuses dans un cerveau mature, et que chaque cellule nerveuse possède des centaines de synapses, et ces cellules communiquent avec d’autres cellules via des synapses.

Pour réaliser une action simple, des dizaines de cellules sont souvent nécessaires au travail. Les cellules nerveuses peuvent transmettre des informations par le biais de signaux électriques ou de signaux chimiques . Des dizaines de cellules forment un circuit appelé circuit neuronal .

Circuits neuronaux connectés

(Source de l'image : Science)

Il y a beaucoup plus de circuits neuronaux dans le cerveau humain que dans un ordinateur, et chaque circuit peut changer en fonction des changements de l’environnement. De ce point de vue, notre cerveau est comme le réseau routier d’une ville, entrecroisé et densément peuplé.

Ce qui est encore plus difficile à imaginer pour nous, c’est que le cerveau évolue de l’enfance à l’âge adulte. Ce phénomène de modification du cerveau en raison de changements dans l’environnement extérieur est appelé plasticité cérébrale.

En d’autres termes, le cerveau est comme du plastique, malaxé par l’environnement, changeant constamment sa structure et sa fonction pour accomplir différentes tâches.

C'est pourquoi le cerveau est plus complexe que n'importe quelle machine aujourd'hui, car une fois qu'une machine artificielle est créée, il est difficile de la modifier et ne peut conserver que ses fonctions d'origine. Notre cerveau est en constante évolution, sa structure change et ses fonctions sont mises à jour.

Conclusion

En comprenant le développement du cerveau, nous nous émerveillerons de son processus délicat. Un cerveau pleinement développé est comme un beau morceau de porcelaine cuite qui ne nous permet pas d’y apporter de modifications.

On peut aussi dire que le cerveau de chacune de nos têtes est un Internet. D’innombrables informations sont échangées chaque jour entre les neurones, formant la structure de réseau la plus complexe au monde. Un tel chef-d’œuvre ne peut être comparé à aucun produit fabriqué par l’homme. Le processus de construction, long, immense, intense et complexe, suffit à en faire un « pays doté d’infrastructures puissantes ».