Notre cerveau compte des milliards de neurones. Que peut nous apprendre un seul d'entre eux ?

Chaque cerveau humain, d'environ 1,4 kg, contient quelque 86 milliards de neurones et des milliards de connexions. Les réseaux en perpétuelle évolution qu'ils forment traitent nos mondes intérieur et extérieur, mais la manière exacte dont ils créent ce que nous appelons l'expérience reste encore floue. Pour obtenir une image haute résolution de l'activité neuronale, les neuroscientifiques devraient manipuler le crâne de personnes vivantes à l'aide de techniques invasives – une perspective contraire à l'éthique dans presque tous les cas. C'est pourquoi les chercheurs étudient principalement le cerveau de l'extérieur, avec une résolution plus faible.

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est un outil clé : elle mesure le flux sanguin cérébral, indicateur de l'activité cérébrale. (Lorsque les neurones s'activent, ils consomment davantage d'oxygène, ce qui provoque un afflux sanguin vers les zones actives.) L'électroencéphalographie (EEG), un outil plus ancien, utilise des électrodes placées sur la tête pour enregistrer l'activité électrique des populations neuronales. Bien que ces techniques soient essentielles à la recherche moderne, elles ne fournissent qu'une image grossière de ce qui se passe dans le cerveau.

Rarement, les neuroscientifiques ont l'opportunité d'approfondir leurs recherches grâce à la généreuse participation de patients, notamment ceux opérés de l'épilepsie. Pour surveiller leurs crises, certains patients se font implanter des électrodes dans le tissu cérébral. Avec leur consentement éclairé, les neuroscientifiques peuvent utiliser ces électrodes pour enregistrer l'activité de sous-populations de neurones, voire de cellules individuelles. Ils peuvent ensuite mener des expériences sur les patients afin d'observer comment les neurones réagissent aux odeurs, aux problèmes mathématiques, aux tâches de mémorisation et bien plus encore.

Nouveautés et points importants :

Plus tôt cette année, j'ai publié un article sur les neurones conceptuels , des cellules uniques qui s'activent pour des concepts spécifiques, comme l'actrice Jennifer Aniston. Lorsqu'une personne voit une photo d'Aniston, lit son nom ou l'entend prononcer, les mêmes neurones réagissent. Chaque neurone conceptuel peut coder des dizaines de concepts différents, mais souvent liés. Et chaque personne possède un ensemble différent de concepts et de cellules qui les codent, en fonction de son vécu. Sans les études d'électrodes monocellulaires chez les patients épileptiques, nous ignorerions tout simplement l'existence des neurones conceptuels.

Les neurones conceptuels réagissent également aux odeurs. Dans une étude de 2024, le neurobiologiste Florian Mormann, de l'Université de Bonn, a examiné le comportement des neurones chez des patients épileptiques exposés à différentes odeurs, comme la réglisse ou le café. Ces travaux ont confirmé le mécanisme de traitement des odeurs par le cerveau humain, un phénomène jusqu'alors principalement étudié chez les rongeurs. L'équipe de Mormann a découvert que les neurones du cortex piriforme, une région cérébrale impliquée dans le traitement des odeurs, réagissaient non seulement aux molécules odorantes atteignant les récepteurs nasaux, mais aussi à des images ou des mots associés à l'odeur. Ceci suggère que l'odorat est traité par des neurones conceptuels qui contribuent à la reconnaissance d'informations sensorielles sous forme de concepts abstraits.

En utilisant des techniques similaires, Mormann et son collègue Andreas Nieder, neuroscientifique à l'université de Tübingen en Allemagne, ont découvert comment le cerveau encode les petits nombres. Des neurones spécifiques s'activent pour leurs nombres " préférés ", et cette activation est plus précise pour les nombres de 1 à 4 que pour les nombres plus grands. Dans une étude ultérieure, les neuroscientifiques ont constaté que le cerveau place le zéro sur une droite numérique mentale avec les autres nombres, mais le représente de manière plus distinctive. " Le zéro est simplement une exception, une valeur aberrante, représentée comme telle dans le cerveau ", a expliqué Nieder.