Cerveau: Les zones cérébrales existent-t-elles encore?

Le modèle en zones

Le modèle du partitionnement du cerveau en zones, chacune spécialisée dans une fonction (langage, vision, émotion, locomotion,…) a été construit à partir du XIXe siècle sur le principe de la causalité, c’est à dire que la fonction d’une aire donnée est identifiée par l’association du trouble qu’elle occasionne une fois endommagée.

Paul Broca découvrit à partir de 1860 que la lésion de la troisième circonvolution du lobe frontal gauche engendre un trouble du langage. Non loin de l’aire de Broca et du cortex auditif, il existe une zone, découverte par Carl Wernicke, neurologue et psychiatre allemand (1848-1905), dont la fonction est de donner du sens aux sons et mots que nous percevons. Une lésion de cette zone engendre une aphasie appelée aphasie de Wernicke. Les patients qui en souffrent sont fluents dans les phrases qu’ils prononcent qui sont hélas, ni compréhensibles ni intelligibles.

Tatsuji Inouye, un ophtalmologiste japonais découvrit à partir de blessures occasionnées durant la guerre russo-japonaise de 1904-1905, que c’est au lobe occipital (cortex visuel) qu’incombe la tâche de la reconstruction de l’image transmise par les globes oculaires (organisation rétinotopique).

Ne souffrant d’aucune remise en cause, le modèle du partitionnement, motivé par le principe de causalité souvent traduit par la définition d’un couple zone endommagée -fonction associée, a représenté pendant plus d’un siècle et demi, la source de l’essentiel de la connaissance relative au cerveau et à son fonctionnement. Mais ce modèle peine cependant, à trouver des explications acceptables lorsqu’il s’agit pour le cerveau d’accomplir des tâches complexes comme par exemple stocker et faire le rappel d’un souvenir. Il est également mis à mal dans certains cas, qui relèvent de la psychiatrie comme pour le trouble de la personnalité par exemple. Le cas Phineas Gage en est une parfaite illustration.

Le décès du corps suivra celui de l’esprit

Phineas Gage(1823-1860) travaillait dans une compagnie de chemin de fer, à la construction d’une voie ferrée aux États-Unis lorsqu’en 1848, lors d’une opération de dynamitage, se blessa grièvement par une barre de fer longue de plus d’un mètre avec 3cm de diamètre. Celle-ci lui perfora la joue gauche et ressortit par le sommet du crâne (voir Figure-1, une reconstitution par ordinateur du traumatisme). Phineas Gage survécut à cet accident qui lui endommagea gravement le lobe temporal gauche, et s’est même remis à travailler quelques temps à près son accident. On ne rapporte pour le cas Gage aucun trouble du langage, mais l’on raconte que le personnage d’avant l’accident n’était absolument pas le même que celui d’après. L’accident de 1848 n’a pas “tué cliniquement” Phinéas Gage, mais a mis fin aux jours de sa personnalité, puisque dit-on avant son accident c’était un homme attentionné, rigoureux, sociable et fiable dans son jugement. Il survécut douze années à son accident dans un état instable psychologiquement. Il est en effet devenu grossier et colérique et finit par succomber en 1860. Hasard de calendrier, une année après la mort de Gage en 1861, Paul Broca découvre après une autopsie pratiquée sur l’un de ses patients, la zone cérébrale qui porte son nom. Il est regrettable qu’aucune autopsie n’ait été pratiquée sur Gage, qui aurait certainement permis de mieux connaitre les mécanismes du cerveau dès le XIXe siècle.

Figure-1. Reconstitution par ordinateur du traumatisme subi par Phineas Gage (source: wikimedia)

Le cerveau commande les fonctions usuelles qui assurent tous nos besoins des plus élémentaires comme la motricité et la communication au plus complexes comme ceux relatifs à l’apprentissage et à la créativité. Si nos gestes et paroles semblent commandés par des zones finement identifiées, il parait cependant difficile de localiser dans le paysage du cortex cérébrale celles qui gèrent les fonctions complexes comme celles associées à la morale, la personnalité et la conscience.

Le cerveau révélé par l’imagerie médicale et la théorie des graphes

Les techniques utilisées aujourd’hui pour comprendre  les mécanismes qui font fonctionner le cerveau, s’appuient essentiellement sur l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Une machine IRM est un dispositif construit autour d’une palette de connaissances faisant appel aux théories de la physique (magnétisme), appliquées pour imager des phénomènes biologiques et physiologiques (consommation de l’oxygène par des cellules d’un organe). L’idée derrière l’IRMf est d’obtenir un “signal physique” appelé signal BOLD (de l’anglais Blood-Oxygen-Level Dependent imaging), chaque fois qu’une population de neurones “effectue un travail”, donc consomme davantage d’oxygène en augmentant le débit sanguin des vaisseaux qui les irriguent.

Grâce à l’IRMf, un nombre considérable de travaux a été mené pour étudier les mécanismes qui produisent le langage chez l’homme. Tous les travaux ou presque s’accordent, en dépit des conditions d’investigations très variées des uns et des autres, sur au moins un point : pour produire le langage, c’est plusieurs zones dans le cerveau qui sont mises à contribution pour “travailler” de concert. Cela suppose que ce n’est pas la seule aire de Broca qui est responsable du langage, mais c’est plutôt tout un réseau qui génère dans une extraordinaire cohérence le langage.

D’après une étude conduite en 2015 par deux chercheurs[1] du “Department of Neurology, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, New York”, les régions clés qui contrôlent le langage sont, les suivantes:

  • cortex moteur des régions laryngée / orofaciale.
  • les circonvolutions cérébrales frontale inférieure et temporale supérieure
  • cortex cingulaire
  • putamen
  • thalamus
  • lobule pariétal inférieur
  • cervelet

C’est à se demander où donc est passée la zone de Broca?

De telles régions clés, constituent un réseau distribué asymétriquement dans le cerveau, plutôt sur l’hémisphère gauche que droit. La mise en évidence de ces réseaux s’est faite non seulement à l’aide de la technique de l’IRMf, mais aussi avec l’aide d’un appareil mathématique assez consistant: “la théorie des graphes”. L’aptitude à produire du langage obéit donc à un processus extrêmement élaboré, dans lequel un réseau complexe de centres cérébraux connectés, effectue des tâches cohérentes et coordonnées. On arrive, grâce à certains outils de mesure de la centralité, dans la théorie des graphes, à quantifier de manière assez précise combien un centre cérébrale (appelé nœud en théorie des graphes ) est important par rapport aux autres. Il devient alors possible de mesurer le “degré de sévérité” de troubles comme dans le cas d’une aphasie par exemple.

L’erreur de Broca

L’erreur de Broca, est le titre d’un livre[2] , publié en 2016 par Hugues Duffau, un brillant neurochirurgien français qui a opéré plus de 150 patients du cerveau chez qui, il a été diagnostiqué un gliome, ou tumeur du cerveau. Il est l’un des rares chirurgiens à opérer un cerveau en état d’éveil, pour dit-il être mieux guider par le patient dans ses prises de décisions.
A la lumière de l’expertise qui est la sienne, Duffau soutient que la zone de Broca en tant que “siège du langage” n’existe tout simplement pas. La preuve qu’il apporte se mesure en effet, à taille du dogme auquel il s’attaque (modèle en zones du cerveau). Après avoir pratiqué plus d’une fois l’ablation totale de la zone sensée contenir l’aire du langage (de Broca), souvent atteinte d’un cancer, le patient se remit à parler, après que les connexions du réseau du langage se soient réorganisées. Cette prouesse est possible grâce à la plasticité du cerveau, fruit de 3 milliards d’années d’évolution.


[1] K. Simonyan et S. Fuertinger, (2015), Speech networks at rest and in action: interactions between functional brain networks controlling speech production,Journ. Neurophysiol., 113(7): 2967–2978.

[2] Hugues Duffau, (2016),L’Erreur de Broca. Exploration d’un cerveau éveillé , Michel Lafon.

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