La plasticité neurale

S’appuyant sur des connaissances tirées de la biologie du développement et de la biologie moléculaire, cette aire de recherche examine la construction et la modification des circuits neuraux au cours de la vie de l’organisme dans le dessein d’expliquer sa capacité d’adaptation à des situations nouvelles ou imprévues, et le pouvoir limité mais effectif du système nerveux de se rétablir de certaines lésions et traumatismes.

Ces recherches essayent de comprendre aussi les processus morphologiques qui donnent naissance aux différentes fonctions cérébrales, ainsi que les processus dégénératifs sous-jacents à des affections telles la maladie de Huntington, la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson.

C’est aussi par le moyen des divers phénomènes attribués à la plasticité neurale que la neurobiologie cherche à expliquer l’individualité de chaque organisme, c’est-

115 _{« Despite their specialized function, the systems that control eye movements have much in common with}

the motor systems that govern movements of other parts of the body. Just as the spinal cord provides the basic circuitry for coordinating the actions of muscles around a joint, the reticular formation of the pons and midbrain provides the basic circuitry that mediates movements of the eyes. Descending projections from higher-order centers in the superior colliculus and the frontal eye field innervate the brainstem gaze centers, providing a basis for integrating eye movements with a variety of sensory information that indicates the location of objects in space. The superior colliculus and the frontal eye field are organized in a parallel as well as a hierarchical fashion, enabling one of these structures to compensate for the loss of the other. Eye movements, like other movements, are also under the control of the basal ganglia and cerebellum (see Chapters 17 and 18); this control ensures the proper initiation and successful execution of these relatively simple motor behaviors, thus allowing observers to interact efficiently with the universe of things that can be seen. » ( Purves et al., p. 467 ).

à-dire, les traits particuliers de son comportement qui font de lui un être unique parmi tant d’autres similaires de son espèce116_.

En effet, le développement initial du système nerveux dépend d’une combinaison complexe de mouvements cellulaires et de signaux biochimiques qui déterminent les interactions entre les différentes cellules embryonnaires et l’activité subséquente des diverses substances régulatrices de la transcription protéique et de l’expression génique.

Des études récentes ont montré que plusieurs de ces molécules ( hormones, facteurs de transcription, messagers secondaires et molécules d’adhésion ) sont les mêmes utilisées par les cellules nerveuses matures pour déterminer la projection de leurs axones, les synapses à former, les synapses à retenir et les synapses à éliminer dans certains processus d’apprentissage et de régénération tissulaire117. Il n’est pas surprenant, donc, que la caractérisation de ces molécules et de leurs mécanismes moléculaires s’avère aujourd’hui d’une importance capitale

116 _{« The cellular and molecular mechanisms outlined in Chapters 21 and 22 construct a nervous system of}

impressive anatomical complexity. These mechanisms and their developmental consequences are sufficient to create some remarkably sophisticated innate or “instinctual” behaviors. For most animals, the behavioral repertoire, including foraging, fighting, and mating strategies, largely relies on patterns of connectivity established by intrinsic developmental mechanisms. However, the nervous systems of complex (“higher”) animals, including humans, clearly adapt to and are influenced by the particular circumstances of an individual’s environment. … Once the basic patterns of brain connections are established, patterns of neuronal activity ( including those that are elicited by experience ) modify the synaptic circuitry of the developing brain. » ( Purves et al., p. 557 ).

117 _{« The fate of individual precursor cells is not determined simply by their mitotic history; rather, the}

information required for differentiation arises largely from interactions between the developing cells and the subsequent activity of distinct transcriptional regulators. All of these events are dependent on the same categories of molecular and cellular phenomena: cell–cell signaling, changes in motility and adhesion, transcriptional regulation, and, ultimately, cell-specific changes in gene expression. The molecules that participate in signaling during early brain development are the same as the signals used by mature cells: hormones, transcription factors, other second messengers (see Chapter 7), as well as cell adhesion molecules. As might be expected, the identification and characterization of these molecules in the developing brain has begun to explain a variety of congenital neurological defects. » ( Purves et al., p. 525 ).

pour le traitement et la prévention de certaines lésions et maladies héréditaires ou dégénératives118_.

D’autre part, les expériences de laboratoire et les observations cliniques ont rendu manifeste que l’histoire de l’interaction de chaque organisme individuel avec son environnement participe aussi à la structuration et à la modification de certains de ses circuits neuraux, et que ces processus sont particulièrement importants, voire critiques dans certaines périodes de croissance119. Cette plasticité neurale a été observée expérimentalement, d’abord, au niveau des circuits locaux dans la formation de réflexes conditionnés simples chez certains invertébrés, ensuite, au niveau de l’hypothalamus dans le cas de la formation de la mémoire spatiale de la souris, et finalement, au niveau des régions visuelles du cortex cérébral, principalement chez les chats et les macaques dans les cas de l’établissement de la dominance oculaire. Les observations pathologiques chez l’être humain ont confirmé plusieurs de ces résultats.

Nous avons aussi des exemples notables de l’existence de périodes critiques de structuration neurale dans l’acquisition du chant caractéristique de l’espèce chez les oiseaux et dans l’acquisition du langage parlé chez l’enfant. Pourtant, bien que la science soit aujourd’hui en bonne mesure de définir plusieurs des conséquences comportementales de ces périodes critiques de développement neural, il reste qu’elle est encore loin de comprendre les fondements structurels et fonctionnels des comportements plus complexes que les comportements réflexes primaires

118 _{« Understanding the molecular basis of axon guidance, synapse formation, and trophic signaling began a}

century ago and has now burgeoned into a broad effort that continues to identify additional factors and signaling pathways to illuminate their varied roles in both the developing and adult brain. A further goal that now seems within reach is the application of this knowledge to understanding a spectrum of previously intractable neurological diseases. » ( Purves et al., p. 555 ).

119 _{« An individual animal’s history of interaction with the environment—its “experience”—helps to shape neural}

circuitry and thus determines subsequent behavior. In some cases, experience functions primarily as a switch to activate innate behaviors. More often, however, experience during a specific time in early life ( referred to as a “critical period” ) helps shape the adult behavioral repertoire. Critical periods influence behaviors as diverse as maternal bonding and the acquisition of language. Although it is possible to define the behavioral consequences of critical periods for these complex functions, their biological basis has been more difficult to understand. » ( Purves et al., p. 574 ).

innés ou acquis, et particulièrement, de ceux qui constituent l’individualité et la personnalité120_.