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Dans une récente étude parue dans la revue Nature Physics et présentée sur le site de Harvard, les secrets de la formation des plis et replis du cerveau - ou circonvolutions cérébrales - nous sont révélés. Les chercheurs se sont penchés sur la manière dont notre cerveau prend cette forme si particulière. Comment se créent les multiples plis du cerveau humain ? Explication génétique ou mécanique ?

Les creux et les crêtes spécifiques du cerveau humain ne sont présents que chez une poignée d’espèces animales, comme les primates, les dauphins, les éléphants et les porcs. Le volume de notre crâne varie en moyenne de 1100 à 1700 cm3. Or si on défroissait notre cerveau, il s’étendrait sur une surface de 1 à 2 m2. La gyrification (le degré de plissement) est une caractéristique cérébrale importante, puisqu’elle permet ainsi de faire tenir un grand cortex dans un espace réduit.

Plusieurs hypothèses ont été émises jusqu’à présent pour expliquer l’apparition des plis et replis sur le cerveau. Les chercheurs de la John A. Paulson Ecole Harvard de génie et sciences appliquées, avec la collaboration de scientifiques finlandais et français, ont réussi à montrer que le pliage du cerveau résultait d’une compression mécanique de l’organe dans le crâne. Une compression utile dans la mesure où les plis permettent un rapprochement des neurones, favorisant des connexions plus courtes et plus rapides.

Pour valider leur hypothèse, l’équipe de recherche a collaboré avec des neuroanatomistes et des radiologues en France pour construire un modèle en 3D d’un cerveau de fœtus humain, à partir d’images IRM. Les observations ont montré que le cerveau du fœtus humain est lisse pendant les vingt premières semaines ; c’est à partir de la vingtième semaine de gestation du fœtus que le pliage commence. Elle se poursuit jusqu’à ce que l’enfant soit âgé d’environ 18 mois. Les scientifiques ont alors cherché à reproduire la croissance corticale pour comprendre ce phénomène. Ils ont appliqué sur la surface de leur modèle 3D une couche de gel en élastomère, puis ils l’ont immergé dans un solvant. En quelques minutes, les chercheurs observent que la couche de gel gonfle, ce qui crée des forces de compression mécaniques et provoque la formation de plis similaires en taille et en forme à ceux de vrais cerveaux.

Les auteurs de l’étude ont également construit des simulations numériques du cerveau modélisé comme un tissu doux et ont montré, à travers un parcours de développement réaliste, que là encore les circonvolutions apparaissaient. La géométrie du cerveau sert donc à orienter les plis dans certaines directions.

Cette découverte peut permettre de mieux comprendre la formation de certaines pathologies et avoir des répercussions sur les diagnostics et les traitements d’un certain nombre de troubles neurologiques. En effet, selon J.Y. Chung, co-auteur de l’étude : « Le cerveau n’est pas exactement le même d’un humain à l’autre, mais nous devrions tous avoir les mêmes grands plis afin d’être en bonne santé. Notre recherche montre que si une partie du cerveau ne se développe pas correctement, ou si la géométrie globale est perturbée, nous n’avons peut-être pas les grands plis au bon endroit, ce qui peut provoquer un dysfonctionnement dans le cerveau. »

Source : Tuomas Tallinen, Jun Young Chung, François Rousseau, Nadine Girard, Julien Lefèvre et Lakshminarayanan Mahadevan. On the growth and form of cortical convolutions. Nature physics, février 2016.

http://www.happyneuron.fr/actualite-scientifique/pourquoi-notre-cerveau-ressemble-t-il-a-une-grosse-noix