La “flex-stabilité” du cerveau humain
Un texte de Pierre-Marie Lledo
Laboratoire “Perception et Mémoire”
Institut Pasteur et Centre National de la Recherche Scientifique (URA 2182)
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Préambule
Siège de notre pensée, de tous nos sens et de notre mémoire, le cerveau constitue l’objet d’une longue convoitise aussi bien théologique, philosophique que scientifique. De tout temps, l’homme s’est interrogé sur les rapports qu’entretient le cerveau, organe ancré dans la matière, avec le produit de son activité que l’on désigne sous le terme d’âme ou de psyché (selon la version sacrée ou profane), et donc historiquement considéré comme “immatériel”.
C’est avec René Descartes (1596-1650) qu’une première tentative de rapprochement des deux entités sera établie pour donner naissance au concept “d’âme indivisible”, cause et principe des sensations et des mouvements volontaires, qu’il nommera le sensorium commune et qu’il logera dans le cerveau. Cette union de l’âme et du corps sera bien plus qu’une simple juxtaposition des deux éléments. Pour la rendre opérationnelle, Descartes définit une région cérébrale où l’âme et le corps peuvent s’unifier (c’est la glande pinéale en raison de sa position médiane) afin de réconcilier les dimensions physique et métaphysique de sa philosophie. Cette position moniste-matérialiste qui vise à faire cohabiter harmonieusement l’âme et le corps, sera ensuite développée dans l’Encyclopédie de Denis Diderot (1713-1784) et Jean d’Alembert (1717-1783) et signera la réfutation définitive du concept flou des spiritus animales, pierre angulaire du corpus des sciences jusqu’au XVIIe siècle.
De cette position moniste et matérialiste éclata, dès la fin du XVIIIe siècle, la bataille d’une localisation sélective préférentielle de certaines fonctions cérébrales avec Vincenzo Malacarne (1744-1816) puis Franz Joseph Gall (1757-1828), père d’une théorie (la phrénologie) selon laquelle à chaque fonction mentale serait associée plus particulièrement une aire cérébrale. Un peu plus tard, sans adhérer pour autant aux principes de la phrénologie, Paul Broca (1824-1880) et Carl Wernicke (1848-1904) établiront les premières correspondances entre aire cérébrale et fonction mentale par l’observation de cas cliniques. Au tournant du XXe siècle, beaucoup d’anatomistes utilisent le microscope pour examiner le cerveau. Suivant cette mouvance, Korbinian Brodmann (1868-1918) décrit 52 aires sur la base de leur organisation cellulaire. Ce localisationnisme qui tendra vers une plus grande précision dans l’identification des territoires concernés au fur et à mesure des progrès technologiques, suscitera aussi de nombreuses critiques. Pour les adeptes de la théorie des “réflexes conditionnés”, énoncée initialement par Ivan Pavlov (1849-1936), puis défendue avec véhémence par les behavioristes, le cerveau devait être considéré comme une “boite noire” dans laquelle il fallait ignorer les mécanismes intimes pour se concentrer plutôt sur l’étude du comportement. Sous l’égide de Sigmund Freud (1856-1939), la psychanalyse renforça définitivement cette position en préconisant l’impasse totale sur la matière cérébrale(1).
Un fossé sépare donc les tenants d’une attitude matérialiste vis-à-vis de la psyché et ceux qui, inspirés par la tradition psychologique mentaliste, prônent plutôt un rapprochement avec les sciences humaines. Pour ces derniers, considérer le cerveau comme une machine serait une façon bien trop réductionniste (voire simpliste) d’envisager les traits complexes de l’être humain (comme sa capacité à exercer son libre-arbitre par exemple). Pour les premiers, refuser l’approche matérialiste des fonctions cognitives conduirait à s’écarter de la marche en avant de la connaissance objective, qui élimine progressivement les éléments non mesurables et non vérifiables, et qui aujourd’hui commence à percer quelques-uns des mystères du fonctionnement cérébral.
Sans réellement chercher à dénouer cet antagonisme, nous discuterons ici des éléments nouveaux que la neurobiologie moderne apporte au débat. En particulier, nous préciserons les règles sous-jacentes qui permettent à certains circuits du cerveau de se reconfigurer en permanence. Ces réorganisations permettent à chacun des individus de construire sa personnalité sous la double influence de son histoire (ontogenèse) et de celle de l’espèce (phylogenèse). Étudier les conséquences de ces remaniements morphologiques et fonctionnels concerne autant la Neurobiologie que la Psychologie ou les Sciences Cognitives. Alors qu’un nouveau tournant de la neurobiologie moderne s’amorce grâce à des métissages inédits témoignant de la nécessaire interdisciplinarité de la Neuroscience (par exemple le neuro-computationisme, la neuro-psychanalyse, la neuro-esthétisme ou la neuro-éthique), il est important aujourd’hui de mesurer combien ces nouvelles sciences impactent des champs jusqu’alors réservés aux sciences humaines comme la sociologie, la culture ou la linguistique.
Afin de placer en perspective les données les plus récentes de la neurobiologie qui éclairent ces métissages, nous démonterons cette machine à penser qu’est le cerveau, pour en révéler les caractéristiques biologiques à l’œuvre dans la construction de l’identité de l’homme comme sujet éminemment sociable. Le concept d’inventus neuronal proposé en 2003 par Eugène Michel(2) est ici au cœur du débat. Selon cette idée, l’être humain aspire à moins dépendre d’un environnement limité par l’élargissement de son champ relationnel. Cet élargissement serait possible grâce à l’acquisition, durant l’évolution des primates, de quatre outils indispensables : les organes sensoriels, l’action, la parole et l’écrit(3). Pour l’auteur de ces lignes, c’est le cerveau social qui a permis l’avènement de ces quatre outils. Nous savons que l’individuation comprend une composante génétique qui s’inscrit épigénétiquement (c’est-à-dire dépendant de l’activité cérébrale qui elle-même dépend de l’expérience du sujet), et cela de façon continue, dans la structure du cerveau de l’embryon à l’âge adulte. À travers ce double renvoi à la génétique et à l’histoire d’un sujet, nous rappellerons à quel point la pensée ne peut être appréhendée comme une substance sécrétée, mais plutôt comme le produit d’un rapport permanent entre l’individu et son milieu selon le principe des équilibres métastables(4).
Le concept d’individuation
Aujourd’hui, la biologie renouvelle ses concepts et ses pratiques de façon à tenter d’apporter des éléments qui peuvent rendre compte des phénomènes psychologiques. Dans cette optique, les disciplines qui visaient à réduire le vivant aux règles physico-chimiques des sciences dites “exactes” ont été abandonnées au profit d’une démarche inverse : élargir les principes de la physico-chimique au domaine du vivant. Fidèle à ce principe, la position retenue ici est celle de l’unicité de l’esprit qui s’inscrit dans le cadre conceptuel défini par la physiologie cartésienne. L’activité mentale s’inscrirait dans le corps et nulle part ailleurs. Il convient donc de considérer le cerveau en tant qu’organe permettant aux individus de sentir, de s’émouvoir, de s’interroger sur les facultés cognitives de l’être humain (création d’outils chargés d’intentionnalité(5), utilisation du langage, créativités artistiques, etc.) voir de s’auto-configurer, selon les sollicitations du monde extérieur. Ces fonctions multiples sont à l’origine du processus d’individuation, c’est-à-dire de mécanismes qui permettent l’émergence de l’individu comme sujet unique, pleinement intégré dans son milieu(6). Il conviendra ici de définir ce concept comme étant le résultat d’une dimension génétique qui subit l’influence de l’environnement (dimension épigénétique). Cette interface gène – épigenèse qui est à l’œuvre dans le cerveau en cours de construction de l’embryon, est présente aussi chez l’adulte où elle résulte des interactions physiques du sujet avec son environnement. Cette imbrication d’influences génétiques et épigénétiques a lieu à des niveaux d’organisation différents, du moléculaire jusqu’au social. À travers ce double renvoi à la génétique et à l’histoire d’un sujet, nous constatons à quel point la pensée n’est pas une substance sécrétée (selon la théorie de Cabanis 1757-1808), mais plutôt un rapport incessant entre l’individu et son milieu(7), une sorte de lutte constante entre la recherche d’habitude confrontée aux besoins de nouveauté.
L’activité cérébrale se définit par des équilibres instables
Au-delà des aspects théoriques, il convient de préciser ici les relations étroites qui lient le sujet à son environnement. Pour cela, l’étude des désordres mentaux est éloquente. En effet, la clinique fournit des modèles qui nourrissent et enrichissent sans cesse nos connaissances des mécanismes fonctionnels du cerveau et leurs conséquences sur le comportement. Nous découvrons aujourd’hui que certains désordres comportementaux, comme l’obésité ou l’addiction, sont issus de désordres psychiques résultants de troubles de l’adaptation (on parle de mal-adaptation) du sujet face à son environnement toujours changeant. Ces désordres psychiques seraient issus de mécanismes mis en place pour lutter contre l’ennui ou la souffrance(8). Ce nouvel éclairage a été rendu possible car la psychologie, et les sciences cognitives en général, sont aujourd’hui confrontées aux modèles expérimentaux de la génétique, de la neurobiologie ou de l’imagerie médicale, le tout sous couvert parfois prégnant des théories de l’évolution.
Rappelons qu’à la frontière entre la neurobiologie et la psychologie, les neurosciences cognitives ont pour objectif principal de comprendre les bases cérébrales des fonctions cognitives comme la reconnaissance des formes, la planification, la production d’outils, la création artistique et la compréhension des émotions, des désirs, des croyances et des savoirs d’autrui. Comprendre les mécanismes qui sous-tendent ces fonctions cognitives nécessite une investigation transdisciplinaire qui inclut aussi bien la neurobiologie que la psychologie cognitive. À cet égard, la découverte récente des capacités du cerveau adulte à pouvoir produire, intégrer puis utiliser de nouveaux neurones (un processus que l’on nomme “neurogenèse secondaire”) dépasse le simple champ de la neurobiologie pour couvrir aussi les sciences comportementales. Cette découverte(9) pose la question des conséquences fonctionnelles des processus d’auto-configuration du cerveau adulte(10). Serait-ce une capacité nécessaire et indispensable pour produire de la diversité permettant ainsi à l’individu de pouvoir créer indéfiniment de nouvelles représentations mentales (versant flexibilité) ? À l’inverse, il est possible d’apercevoir à travers ce processus de production continue de neurones, un moyen d’éliminer des traces rendues indésirables mais d’en consolider d’autres plus importantes (versant stabilité). Ce dilemme que l’on nommera ici la flex-stabilité du cerveau humain permet de comprendre les deux traits de l’être humain définis par Eugène Michel comme étant l’habitus et l’inventus(11). Cette flex-stabilité serait un processus dynamique caractéristique des équilibres métastables biologiques, c’est-à-dire des systèmes dynamiques dotés de plusieurs points d’équilibre correspondant à plusieurs minimums locaux d’énergie potentielle. Que l’habitus advienne en excès et c’est l’ennui qui surgit ! En revanche, si l’inventus domine ce couple, le coût de cette domination sera très cher puisqu’elle peut plonger le sujet dans le gouffre de la souffrance, voire de l’addiction(12).
Le concept d’individuation pourrait donc être régi par des équilibres dynamiques métastables. Plutôt que d’aborder les actes mentaux selon des symboles et des règles empruntés aux sciences computationnalistes qui considèrent le cerveau comme un système numérique, il est possible aujourd’hui d’aborder les études comportementales selon des systèmes formés de variables biologiques en utilisant des équations différentielles. Cette approche que l’on qualifie de “dynamique” permet de faire apparaître des propriétés dites “émergentes” régies par des équilibres instables. Dans ce cas, nul besoin d’un chef d’orchestre pour coordonner les différents circuits neuronaux impliqués dans une activité mentale donnée ; c’est la dynamique même des réseaux neuronaux qui rythme le sens des opérations mentales.
Selon ce principe d’équilibre dynamique, il existerait deux états correspondant à une position stable caractéristique de l’ennui (pour le versant stabilité) ou de la créativité (pour le versant flexibilité). Comme en thermodynamique, cette position représente un état dégradé à partir duquel aucune transformation n’est plus possible sans l’intervention d’une forme d’énergie extérieure au système ainsi dégradé. Selon ce même principe, l’habitus et l’inventus constitueraient les états extrêmes d’un équilibre métastable qui resteraient incapables de changement sans la présence d’une impulsion externe. La question qui reste entière est donc celle de la nature de ces impulsions.
Chez l’adulte, la neurogenèse secondaire pourrait servir de médiateur aux impulsions externes qui agissent sur les équilibres métastables des réseaux neuronaux. De nombreux facteurs de l’environnement ont été identifiés comme étant capables de réguler la neurogenèse du cerveau adulte. L’activité physique et mentale, l’apprentissage et toutes conditions de bien-être concourent à élever la production de néo-neurones dans le cerveau adulte. À l’inverse, le stress, l’anxiété ou la dépression sont de puissants freins capables de bloquer cette production neuronale. Par son action sur l’équilibre métastable défini par les deux positions extrêmes de l’habitus et l’inventus, la neurogenèse secondaire semble tenir une position clé qui régulerait les changements d’état. Que la neurogenèse secondaire se tarisse et c’est l’habitus qui prend le pas. En revanche, son activation favorisera l’état de l’inventus.
Conclusions
Par son système nerveux central, l’individu assure sa présence instinctivo-affective au monde. Les structures héritées d’un lointain passé de vertébré font de l’homme un être de désir qui se construit sur le flot incessant des humeurs et des sentiments(13). Tout comme l’habitus et l’inventus, ceux-ci naissent dans ces profondeurs du cerveau que l’on nomme le cerveau basal qui se partagent la gestion du plaisir et de la souffrance, de l’amour et de la haine.
Déchiffrer l’organisation du cerveau et sa logique de fonctionnement est l’une des questions centrales que nous devons aborder sous l’angle pluridisciplinaire, avec un souci de rupture des frontières classiques entre les Sciences humaines et la Neurobiologie. Pour découvrir les mécanismes intimes et les règles sous-jacentes au fonctionnement cérébral, il convient d’aborder l’activité cérébrale sous des angles divers correspondant à des niveaux d’organisation distincts : 1) au plan microscopique (la synapse) où interagissent les molécules, 2) cellulaire où l’on découvre le neurone comme unité de traitement de l’information et capable de renouvellement permanent, 3) des réseaux neuronaux qui effectuent des opérations de codage, de filtrage, de mémorisation et de rappel des informations, 4) jusqu’au niveau le plus intégré des réponses comportementales sollicitées par les signaux externes émis par l’environnement ou internes (soif, faim, etc.).
La question qui reste posée est de savoir dans quelle mesure les processus de mémorisation, d’apprentissage et de création de la pensée, si utiles à l’être humain dans sa dimension sociale, récapitulent les mécanismes à l’œuvre au cours du développement. L’existence d’une neurogenèse secondaire montre bien que le cerveau, même à l’âge adulte, peut se reconfigurer en créant de nouvelles connexions puis supprimant d’autres, selon le même schéma opérationnel que celui de l’embryon. Il semble donc que les études qui visent à établir un corrélat entre le fonctionnement des réseaux de neurones et les fonctions cognitives ne soient plus résistantes à l’approche matérialiste, tout en reconnaissant au mental le statut particulier d’une construction élaborée.
Pierre-Marie Lledo
Mai 2010
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Notes
(1) Pour une vision diachronique des Neurosciences, Cf. Les querelles du cerveau : Comment furent inventées les Neurosciences de Céline Cherici, Jean-Claude Dupont (Ouvrage Collectif), Vuibert (Ed.), Paris 2008 ; Encyclopédie historique des Neurosciences : Du neurone à l’émergence de la pensée de François Clarac, Jean-Pierre Ternaux et Dominique Wolton, de Boeck (Ed.), Paris 2008 ; Voyage extraordinaire au centre du cerveau de Jean-Didier Vincent, Odile Jacob (Ed), Paris, 2007.
(2) Cf. Les Neurones et la créativité, Lieux d’Être, n° 36, 2003 et Synapses et créativité, Lieux d’Être, n°43, 2006-2007.
(3) L’Inventus neuronal, un nouveau concept à partir de Changeux et Bourdieu, Psychologie, éducation & enseignement spécialisé, Novembre 2009.
(4) En chimie, physique, ou biologie, le terme métastabilité se rapporte à la capacité pour un état d’être stable cinétiquement mais pas sur un plan thermodynamique. Un système est dit en équilibre “métastable” lorsque certaines variations de ses paramètres peuvent entraîner une rupture de l’équilibre. Parmi les équilibres métastables, nous pourrions mentionner la formation des cristaux de neige à partir de l’eau refroidie. La forme des cristaux varie avec la vitesse d’énergie dissipée. Autre exemple emprunté à la métallurgie : le cas des métaux refroidis. En fonction des qualités mécaniques recherchées, la vitesse de refroidissement choisie peut-être rapide (c’est le cas des aciers trempés pour former des outils tranchants) ou très lente afin de favoriser la formation de cristaux parfaits (métaux malléables donc peu cassants).
(5) Ce terme ici est employé selon l’assertion du philosophe allemand Franz Brentano (1838-1917) qui associe les représentations mentales à un quelconque objet.
(6) Cf. Les anatomies de la pensée d’Alain Prochiantz, Odile Jacob (Ed), Paris, 1997.
(7) Comme le souligna le fondateur de la psychologie moderne, William James (1842-1910), frère de l’illustre écrivain Henry James, l’esprit se définit comme un processus mental et non comme une substance.
(8) La chair et le diable de Jean-Didier Vincent, Odile Jacob (Ed), Paris, 1996.
(9) J. Altman, Science, 135, 1127, 1962. Cf. L’odorat : un sens resté toujours jeune de Pierre-Marie Lledo dans Voyage au centre du cerveau par Jean-Didier Vincent, Odile Jacob (Ed), Paris, 2007.
(10) Cf. L’émergence du nouveau et du sens de Henri Atlan dans P. Dumouchel et Jean-Pierre Dupuy (Eds), L’auto-organisation. De la Physique au Politique, Le Seuil, Paris, 1983.
(11) Cf. Les Neurones et la créativité, Lieux d’Être, n° 36, 2003 et Synapses et créativité, Lieux d’Être, n°43, 2006-2007.
(12) Cf. Les Neurones et la créativité, Lieux d’Être, n° 36, 2003 et Synapses et créativité, Lieux d’Être, n°43, 2006-2007.
(13) Cf. Cerveau de soi, cerveau de l’autre de Pierre Buser, Odile Jacob (Ed), Paris, 1998. Le Cœur des Autres : Biologie de la Compassion de Jean-Didier Vincent, Plon (Ed), Paris, 2003. L’empathie d’Alain Berthoz et Gérard Jorland (ouvrage collectif), Odile Jacob (Ed), Paris, 2004.
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