Mathématiquement, les plis du cerveau ressemblent à du papier froissé

Le cerveau est une structure extrêmement complexe, tant dans son fonctionnement que dans son développement. Les nombreuses circonvolutions de sa surface semblent en être une illustration. Pourtant, des chercheurs brésiliens proposent aujourd'hui de les comparer à du simple papier froissé.

Au XIX^e siècle, l'anatomiste Louis Pierre Gratiolet est l’un des premiers à décrire les circonvolutions cérébrales et à les nommer. 

 

L’image du cerveau humain, formé de creux et de bosses, nous est familière. Mais les processus qui régissent la formation de ces circonvolutions gardent encore une part de mystère. Une récente étude, publiée par le magazine Science et menée conjointement par des biologistes et des physiciens de l'université de Rio de Janeiro (Brésil), apporte un éclairage nouveau… et surprenant. La loi mathématique qui décrit le froissement des feuilles de papier permettrait également de décrire les circonvolutions cérébrales ! La forme de notre cerveau ne serait donc pas le résultat d’une évolution subtile mais simplement le fait d’un processus physique des plus classiques.

Rappelons que le cerveau humain n’est pas le seul à présenter ce type de replis sinueux. Les cerveaux d’autres mammifères, comme les chiens, les chats ou les éléphants, montrent également des circonvolutions. Objectif commun : augmenter la surface totale du cortex dans le volume limité de la boîte crânienne. Pendant des décennies, les chercheurs ont tenté, en vain, d’établir un lien entre le nombre de ces circonvolutions et d’autres caractéristiques. Il n’existe ainsi, par exemple, pas de rapport entre le nombre de replis sinueux et le poids du cerveau ou le nombre de neurones.

Les chercheurs brésiliens ont travaillé sur des données issues de 62 espèces différentes. Et ils ont établi une loi qui semble universelle et qui relie la surface totale du cortex et son épaisseur à la surface exposée. Comme la surface d’un cercle augmente en fonction du carré de son rayon, le produit de la surface totale du cortex et de son épaisseur augmente comme la puissance 1,25 de sa surface exposée. « En biologie, il est exceptionnel de trouver une relation mathématique qui corresponde aussi parfaitement à l’ensemble des données », souligne Georg Striedter, un neuroscientifique de l’Université de Californie interrogé par le magazine Science.

On dit de cerveaux qui ne présentent pas de circonvolution, comme celui de la souris, qu’ils sont lissencéphaliques. Par opposition, ceux qui en présentent des circonvolutions sont qualifiés de gyrencéphaliques.

L'origine des circonvolutions enfin expliquée ?

Et il se trouve que la loi en question est la même que celle qui décrit le froissement de feuilles de papier. Un résultat que la physique explique simplement par le fait que le papier froissé finit toujours dans la configuration qui minimise son énergie. En est-il de même pour notre cerveau ? La réponse n’est pas si simple. Car le papier froissé est soumis à des forces extérieures, celles appliquées par les mains. Le cortex, quant à lui, est plus vraisemblablement soumis à des forces internes qui restent, à l’heure actuelle, non encore clairement identifiées. Certains modèles, par exemple, supposent que le cortex externe grandit plus rapidement que le cortex interne, créant ainsi des circonvolutions observées.

Les chercheurs brésiliens proposent un point de vue différent. Selon eux, à chaque étape de son développement, le cortex est plus fortement soumis à la pression extérieure du crâne qui le contraint à se froisser, comme du papier. Une hypothèse qu’ils comptent bien soumettre à l’expérience en étudiant des cerveaux de porc à différentes étapes de leur développement. Si la relation mathématique évoquée plus haut reste valable au fil du temps, il n’y aura plus besoin de faire intervenir un autre processus pour expliquer les circonvolutions.

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La maladie des gens assis

Douleurs périnéales à la position assise, brûlures anales ou au niveau des organes génitaux, les symptômes de la névralgie pudendale, qu'on appelle aussi « syndrome du canal d'Alcock », sont insupportables.

De nombreux Français souffriraient de cette compression nerveuse, encore trop souvent méconnue des médecins et des chirurgiens. « Atroce », « insupportable », « intolérable »… les adjectifs ne manquent pas pour qualifier la névralgie pudendale, cette affection d'origine nerveuse qui touche un nerf situé dans une région profonde de la fesse, le nerf « honteux interne » appelé aussi nerf « pudendal » (du latin pudendus qui signifie honteux), et qui se trouve comprimé entre os, ligaments, muscles et graisse, en position assise. Les médecins parlent de « syndrome canalaire ». « Difficile d'apprécier le nombre de personnes souffrant de cette pathologie. A la vérité, personne ne le sait car cette pathologie reste méconnue. En effet, les patients pratiquent le « nomadisme médical » par manque de diagnostic et consultent à tour de rôle gynécologue, proctologue, urologue…. Attention, méconnue ne signifie pas rare. Pour vous donner une petite idée du nombre de gens concernés, en vingt ans d'exercice, j'ai déjà opéré plus d'un millier de personnes, soit une moyenne de 3 à 4 par semaine. Le délai d'attente pour obtenir un rendez-vous à ma consultation est de 4 mois et de 6 mois pour une intervention chirurgicale » précise le Professeur Roger Robert, neurochirurgien spécialisé dans la chirurgie des nerfs périphériques, professeur d'anatomie au CHU de Nantes et pionnier mondial de la chirurgie de la névralgie pudendale par voie transfessière. Car cette pathologie en quête de reconnaissance est présente partout dans le monde. « A Nantes, j'opère une cinquantaine d'Américains par an, mais aussi des Anglais, preuve que cette pathologie existe vraiment partout » confirme le chirurgien nantais.

La névralgie pudendale mériterait donc d'être connue (et reconnue) par les médecins (la grande majorité des médecins ignorent l'existence de cette pathologie), à l'instar de la fibromyalgie, par exemple, il y a encore quelques années. Or, plus la prise en charge est précoce, meilleures sont les chances d'en guérir définitivement. Faute d'un diagnostic rapide et du fait de la normalité apparente des premiers examens qui peuvent laisser penser qu'il s'agit d'une douleur d'origine psychique, la névralgie pudendale tient souvent du parcours du combattant où se mêlent incrédulité des médecins, examens d'imageries inutiles (car toujours normaux), thérapies multiples et variées et enfin interventions chirurgicales injustifiées parfois… sans soulagement de la douleur, mais avec comme rançon le découragement ou la dépression.

Douleurs insupportables… La névralgie pudendale se manifeste surtout par des douleurs insoutenables du périnée, comme des brûlures, qui irradient vers le clitoris ou la verge, vers l'urètre, l'anus et parfois jusque dans les fesses, les cuisses ou le bas du dos, et ce, en position assise. La douleur est permanente. La douleur disparaît souvent la nuit pour réapparaître dès les premières activités assises de la journée. Mais la névralgie pudendale ne se limite pas toujours à la douleur, même si ce symptôme est le plus classique et le plus mal supporté.

… Mais aussi impuissance masculine et insensibilité chez les cyclistes… Une compression du nerf pudendal ou de ses rameaux nerveux peut aussi se manifester par des symptômes beaucoup plus insidieux, non douloureux. Chez certains cyclistes assidus, la névralgie pudendale peut se révéler par une impuissance temporaire ou un manque d'érection satisfaisante. Des troubles de l'éjaculation sont toujours possibles. Chez d'autres, la névralgie pudendale va se traduire par une diminution de la sensibilité au niveau du périnée (hypoesthésie) ou des fourmillements au niveau de l'anus et des organes génitaux (paresthésies). L'électromyogramme, qui nécessite un toucher rectal, est essentiel au diagnostic de compression du nerf pudendal.

Des médicaments d'abord… Certains médicaments antiépileptiques, comme le Neurontin® par exemple, peuvent être utilisés avec succès dans la névralgie pudendale. Les antidépresseurs ont fait la preuve de leur efficacité dans certains cas. En revanche, bien qu'étant le traitement par excellence des syndromes douloureux, la morphine est inefficace en matière de névralgie pudendale.

Puis les infiltrations… Ce n'est que lorsque le traitement médicamenteux s'est avéré insuffisant qu'on peut envisager des infiltrations de corticoïdes et d'un anesthésique local (lidocaïne) dans le canal d'Alcock, sous le contrôle du scanner. Ces infiltrations pratiquées sur le malade couché sur le ventre et répétées jusqu'à trois fois si nécessaire permettent de soulager les douleurs dans la moitié des cas et ce, dans les semaines qui suivent l'infiltration. Il s'agit d'un geste très technique qui réclame de l'expérience et une bonne habitude de la part du praticien (qui peut être un radiologue ou un spécialiste de la douleur).

Et enfin, la chirurgie. « Il ne faut pas laisser les gens souffrir trop longtemps. Je n'hésite pas à leur proposer une intervention chirurgicale au bout d'un an, lorsque le traitement médical et les infiltrations se sont avérées inefficaces » signale le neurochirurgien. « En effet, la moitié des patients traités par médicaments ou infiltrations vont continuer à souffrir et à abîmer leur nerf pudendal. Attention alors au syndrome douloureux dit de « désafférentation », l'équivalent au niveau du périnée des douleurs après amputation d'un membre ». C'est la raison pour laquelle il ne faut donc jamais couper ce nerf, une solution tentante, mais qui ne ferait qu'accentuer les douleurs. « L'intervention chirurgicale que je pratique n'est pas compliquée techniquement. J'interviens par voie transfessière, un abord chirurgical plus efficace et plus pratique que la voie périnéale, voie dans laquelle la graisse empêche de voir correctement le canal d'Alcock » indique le Professeur Robert. « En pratique, je fais une incision de 7 cm dans la partie bombée de la fesse qui va me permettre de libérer le canal d'Alcock en sectionnant la pince ligamentaire ».

Percée majeure sur le cancer du cerveau de type glioblastome multiforme

Une équipe de chercheurs de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont, dirigée par le Dr Gilbert Bernier, a réalisé une percée majeure dans la compréhension des mécanismes de résistance des tumeurs cérébrales aux traitements de radiothérapie. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans le dernier numéro du Journal of Neuroscience.

Le glioblastome multiforme (GBM) est le cancer du cerveau le plus fréquent chez l’adulte et l’un des plus mortels : en moyenne, l’espérance de vie à la suite du diagnostic est de 9 mois. Actuellement, la radiothérapie est offerte à titre palliatif seulement puisque les cellules de ce genre de tumeur résistent aux traitements. L’équipe de chercheurs du Dr Gilbert Bernier a récemment réussi à lever le voile sur les raisons de cette résistance.
Le gène BMI1

Lors de précédents travaux, cette même équipe a découvert que le gène BMI1 est un régulateur direct du vieillissement cellulaire dans les neurones du cerveau par l’entremise de son action sur les mécanismes de défense contre les radicaux libres. Cette action, souhaitée pour contrer le vieillissement des cellules neurales saines, s’avère un frein à la destruction des cellules cancéreuses du GBM.

Selon l’article publié dans The Journal of Neuroscience, les plus récentes études de l’équipe de chercheurs suggèrent que le gène BMI1 joue un rôle clé dans la résistance des cellules souches neurales aux traitements de radiothérapie. « Lorsqu’une cellule maligne est endommagée, dans ce cas-ci par la radiothérapie, le gène BMI1 facilite et accélère la réparation de l’ADN », explique le Dr Gilbert Bernier.
Une nouvelle cible thérapeutique


Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles pistes de traitements. En effet, le gène BMI1 représente maintenant une cible thérapeutique de choix pour le traitement du GBM.
À propos de l'étude :

L'article intitulé « Neurobiology of Disease : BMI1 Confers Radioresistance to Normal and Cancerous Neural Stem Cells through Recruitment of the DNA Damage Response Machinery », publié dans The Journal of Neuroscience, est le fruit du travail du Dr Gilbert Bernier en collaboration avec Sabrina Facchino, Mohamed Abdouh et Wassim Chatoo du Centre de recherche de l'Hôpital Maisonneuve-Rosemont, affilié à l'Université de Montréal

Aire de Broca et Aire de Wernicke

L'aire de Broca(en jaune) est l'une des deux principales zones du cerveau humain responsables du traitement du langage. Découverte par le médecin français éponyme Paul Broca en 1861, elle est située dans le cortex cérébral au niveau de la partie inférieure (ou « pied ») de la 3^e circonvolution frontale de l'hémisphère dominant (gauche chez un droitier).

L'aire de Broca est la zone de production des mots parlés alors qu'une zone différente du cerveau, l'aire de Wernicke, est responsable de la compréhension de ces mots^.
C'est en 1861 que Broca publie les résultats de l'autopsie de Leborgne, un patient aphasique qu'il suivait depuis plusieurs années, décrivant avec précision le siège de la lésion cérébrale responsable.
Paul Broca pensait avoir trouvé le centre unique du langage, mais ceci fut rapidement nuancé par la découverte d'autres zones impliquées dans le langage, notamment par le neurologue polonais Carl Wernicke, qui décrivit l'aire de Wernicke une décennie plus tard.
L'aire de Wernicke est une partie du cerveau humain localisée à l'intersection du lobe temporal et du lobe pariétal, proche du cortex auditif primaire (zone de Heschl). Dans le classement systématique de Brodmann, cette aire correspond aux numéros 22, 37 et 42.

Comme souvent, la fonction de cette aire est renseignée par les lésions qui y sont associées. En l'occurrence, Carl Wernicke, neurologue et psychiatre polonais, associe cette aire à un certain type d'aphasie dite aphasie de Wernicke. Les personnes ayant une lésion en cet endroit possèdent un déficit de compréhension du langage, oral comme écrit. Elles possèdent pourtant un débit de parole fluide, mais incompréhensible. Cette aire est aussi un centre de stockage possible de la représentation auditive des mots. Cette aire appartient donc au cortex associatif spécifique auditif. Le langage étant une fonction latéralisée du cerveau, elle est retrouvée dans l’hémisphère gauche chez environ 99 % des droitiers et 70% des gauchers. La proximité du cortex moteur permet d'associer des fonctions motrices au langage : parler avec les mains (langue des signes).
Cette aire est connectée à une autre aire critique pour le langage, l'aire de Broca, par le faisceau arqué. Les lésions de ce faisceau produisent une aphasie dite de conduction.
                                                                  
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