Notre cerveau, ou ce que nous pensions être notre cerveau, est en réalité une illusion. On a souvent évoqué un “cerveau interne” primitif, reptilien, qui abrite nos émotions fondamentales, tandis que la partie “externe” est perçue comme ce qui nous rend uniques en tant qu’êtres humains. Deux parties, certes, mais d’un même tout.
Nul n’a jamais douté que, malgré ces distinctions, lorsque l’on parle du cerveau, on fait référence à un organe unique qui découle d’une seule cellule mère dans les premières étapes de son développement. Autrement dit, toutes les parties du cerveau partagent un même origine.
Cependant, une étude récente dirigée par l’Université de Stanford bouleverse cette idée en affirmant que ce que nous appelons “cerveau” se compose en réalité de deux organes distincts ayant évolué de manière totalement indépendante au cours de centaines de millions d’années, habilement “empaquetés” ensemble.
La conclusion, publiée dans la revue Nature Neuroscience, apporte une réponse aux frustrations accumulées dans les laboratoires du monde entier et ouvre la voie à de nouveaux traitements pour des maladies neurologiques demeurées énigmatiques jusqu’à présent.
Un ’empaquetage’ évolutif
« Nous avons démontré pour la première fois – explique Kyle Loh, professeur associé de biologie du développement à Stanford et auteur principal de l’étude – que la partie avant du cerveau est issue d’une cellule mère complètement différente de celle qui forme la partie arrière. » Cette découverte révèle que le cerveau humain moderne résulte littéralement de deux systèmes nerveux ancestraux habilement “empaquetés” dans le même crâne.
Leurs recherches ont montré que la configuration de l’ADN dans les cellules antérieures et postérieures est distincte dès le départ, rendant impossible la transformation de l’une en l’autre. D’une part, nous avons un organe aux racines très anciennes, le rombencéphale, qui agit en coulisses pour assurer notre survie : il régule le rythme cardiaque, la respiration, le sommeil et les mouvements musculaires essentiels à la parole et à la déglutition. D’autre part, étroitement associé, se trouve un second organe, formé par le prosencéphale et le mésencéphale, où résident notre conscience, notre langage, notre raisonnement abstrait et notre remarquable capacité à composer de la poésie ou à effectuer des mathématiques complexes.
Deux voies parallèles
Depuis plus de cinquante ans, les biologistes ont buté sur un mur en essayant de cultiver des neurones du cerveau postérieur en laboratoire. Alors qu’ils parvenaient à cultiver des cellules cérébrales des zones cognitives supérieures, ils échouaient systématiquement à reproduire le tronc cérébral. La raison ? Ils partaient d’une hypothèse erronée concernant nos origines cellulaires.
Les chercheurs de Stanford, dirigés par Carolyn Dundes et Rayyan Jokhai, ont examiné les premiers instants du développement embryonnaire de souris, plus précisément lors de la gastrulation, ce moment précis où l’organisme commence à prendre forme. Ils ont constaté que l’encéphale ne croît pas comme les branches d’un arbre à partir d’une unique racine, mais suit deux chemins de développement parallèles, confirmant que l’un ne se ramifie pas de l’autre.
Loh et ses collègues ont identifié deux cellules mères distinctes. La première, marquée par l’expression d’un gène nommé Otx2, est destinée à devenir la partie avant et médiane du cerveau. La seconde, guidée par le gène Gbx2, formendra le cerveau postérieur. Comme des voyageurs dans deux trains circulant sur des voies parallèles, bien qu’ils avancent en tandem, leurs rails ne se croisent jamais. Ils sont mutuellement exclusifs dès le premier instant de vie.
Le secret de l’ADN sous clé
Mais qu’est-ce qui lie chaque cellule à un destin aussi différent ? Selon l’étude, le secret réside dans la chromatine, le “système d’empaquetage” de l’ADN. Comme une immense bibliothèque où certains livres sont sous clé tandis que d’autres sont ouverts sur la table, la chromatine détermine à quels gènes une cellule peut accéder (et à lesquels elle ne peut pas) pour définir son identité.
Ainsi, l’équipe a constaté que les “architectures génétiques” des futurs cerveaux antérieur et postérieur sont totalement distinctes, bloquant toute autre possibilité. « Les tentatives précédentes de créer des neurones du cerveau postérieur – explique Jokhai – ont probablement tenté d’inciter les précurseurs du prosencéphale et du mésencéphale à se transformer en cellules du rombencéphale, ce que notre étude démontre comme étant impossible. Pendant des années, les scientifiques avaient vainement tenté d’obtenir des résultats contre nature. »
« En biologie des cellules souches – ajoute Jokhai – les chercheurs se concentrent souvent sur la création du type de cellule finale, comme la neurone. Cependant, il est essentiel de repartir des premières étapes du développement embryonnaire. Une attention minutieuse à cette phase précoce nous a permis de découvrir cette division fondamentale dans le développement du cerveau. »
Ce constat permettra enfin de cultiver des neurones du cerveau postérieur pour lutter contre des maladies comme la sclérose latérale amyotrophique (SLA) ou l’atrophie musculaire spinale, ce qui était jusqu’alors impossible. En comprenant cette profonde différence structurelle, les chercheurs ont réussi, pour la première fois, à manipuler des cellules souches pluripotentes en laboratoire, les transformant en neurones fonctionnels du rombencéphale humain.
Des profondeurs marines à nos cerveaux
Ce “couplage” de deux cerveaux totalement différents pour en former un seul remonte à des centaines de millions d’années. En suivant l’arbre de la vie, les scientifiques ont retrouvé le même schéma originel de “deux cerveaux” chez le poisson zèbre, les poules, et même chez les primitifs vers acorn, des créatures sous-marines partageant un lointain ancêtre avec les humains. Même les méduses, qui se sont séparées de notre lignée il y a plus de 600 millions d’années, possèdent deux réseaux nerveux indépendants aux extrémités opposées de leur anatomie.
« Notre recherche – ajoute Loh – suggère que l’évolution a fusionné deux systèmes neuronaux déjà existants. Avoir le cerveau comme un organe unique serait probablement plus efficace, mais nous dépendons de cette forme ancestrale de construction du cerveau, à partir de deux pièces distinctes. »
Les implications médicales de ces découvertes sont énormes. Jusqu’à présent, étudier les dysfonctionnements du tronc cérébral provoquant des maladies telles que l’atrophie musculaire spinale ou la sclérose latérale amyotrophique était quasi impossible. Cependant, la possibilité de cultiver ces neurones difficiles à atteindre in vitro offre la première réelle perspective de compréhension de leur fonctionnement.
Ce résultat éclaire même la lutte contre l’obésité : c’est précisément dans le cerveau postérieur primitif que se trouvent les circuits biologiques régulant la faim extrême, cible de médicaments récents comme la sémaglutide.
« Nos découvertes m’ont surpris, car le mot ‘cerveau’ implique un organe unique et une origine singulière – conclut Jokhai. Pourtant, même il y a 500 millions d’années, ces systèmes neuronaux séparés existaient déjà, fonctionnant aujourd’hui comme un seul organisme, ce qui est fascinant. Maintenant, nous avons un modèle pour mieux comprendre ces maladies dévastatrices et nous orienter vers des thérapies régénératives. C’est une nouvelle frontière excitante dans l’étude du cerveau. »
Points à retenir
- La nouvelle étude suggère que le cerveau humain est en réalité composé de deux organes ayant évolué séparément.
- Ces deux parties du cerveau, le rombencéphale et le prosencéphale, ont des origines cellulaires distinctes.
- Les cellules mères qui forment ces organes ne se mélangent pas dès les premières étapes de développement.
- Les implications de cette recherche pourraient révolutionner notre compréhension des maladies neurologiques.
- Des avancées récentes pourraient permettre de cultiver des neurones spécifiques en laboratoire, ouvrant des nouvelles voies de traitement.
La découverte récente sur la structure de notre cerveau nous invite à reconsidérer notre compréhension de cet organe essentiel. Qu’est-ce que cela signifie pour notre conception de nous-mêmes et pour notre approche des maladies neurologiques ? En tant qu’écrivain et passionné de science, je me trouve émerveillé par ces révélations. Elles poussent à réfléchir à la complexité de notre évolution et à l’avenir de la médecine. Cette recherche est bien plus qu’une simple avancée scientifique ; elle représente un véritable tournant dans notre quête de connaissance sur le cerveau et le corps humain.