1.1 Architecture du cerveau
Bases de la génétique
Le développement du cerveau commence tôt après la conception et se poursuit bien après la naissance. Les gènes, les unités physiques de base de l’hérédité, sont essentiels au développement du cerveau. Les gènes établissent les paramètres des structures de base du cerveau en développement. Les gènes et les expériences fonctionnent ensemble, et nous pouvons les considérer comme inextricablement liés.
La prochaine lecture offre un aperçu de certains des principaux termes permettant de comprendre que les facteurs génétiques et environnementaux influencent tous deux le développement du cerveau. Dans les pages qui suivent, nous examinerons ces concepts de plus près.
Testez maintenant votre compréhension de certains de ces termes.
Dans la prochaine vidéo, Marla Sokolowski, Ph.D. et professeure en écologie et évolution biologique à l’Université de Toronto, décrit en quoi consiste un gène.
Dans la vidéo, Sokolowski décrit le processus de différenciation cellulaire qui survient au commencement de la période prénatale. Elle discute de l’expression génique différentielle qui entraîne la production de différents types de cellules.
VISIONNER | Sokolowski – différentiation cellulaire Non disponible dans cet aperçu
Pour en savoir plus sur l’expression génique, visionnez cette explication de Charles Nelson, Ph. D. et professeur en pédiatrie et neuroscience à la Harvard Medical School.
VISIONNER | Nelson – expression génique Non disponible dans cet aperçu
Nelson explique que l’expression génique est influencée par l’environnement, autrement dit, par nos expériences. Dans la prochaine vidéo, Meaghan Jones, Ph. D. et professeure adjointe au département de biochimie et de médecine génétique à l’Université du Manitoba, explique l’épigénétique en utilisant l’analogie du gradateur.
Dans la prochaine vidéo, Michael Skinner, Ph. D., et professeur à l’école des sciences biologiques de la Washington State University, aborde le concept du déterminisme génétique et explique qu’à mesure que nous en apprenons plus sur la façon dont l’épigénétique régule la fonction génique, mieux nous comprenons la façon dont certains gènes sont activés ou désactivés; et nous constatons que tout ne se résume pas à la séquence génétique.
VISIONNER | Skinner – au-delà du déterminisme Non disponible dans cet aperçu
Écoutez maintenant Skinner présenter les différences entre la génétique et l’épigénétique, et expliquer que l’épigénétique consiste en « des facteurs moléculaires autour de l’ADN qui régulent la façon dont l’ADN fonctionne en étant complètement indépendant de la séquence d’ADN. »
VISIONNER | Skinner – ADN et épigénétique Non disponible dans cet aperçu
Le domaine de l’épigénétique est relativement nouveau et la recherche est de pointe. Les études neurobiologiques et génétiques confirment qu’une gamme d’expériences humaines à la petite enfance ont un effet sur l’architecture du cerveau (National Scientific Council on the Developing Child, 2007a). Les expériences négatives, comme la malnutrition, les polluants environnementaux, les drogues et le stress chronique, peuvent toutes avoir des effets néfastes de longue durée, possiblement même multigénérationnels, sur la santé, l’apprentissage et le comportement. De l’autre côté, les expériences positives comme la bienveillance et la stimulation influencent aussi le génome.
La prochaine lecture, du Center on the Developing Child, est une présentation infographique qui explique l’épigénétique de façon concise et qui aborde de fausses idées liées aux gènes et au développement en jeune âge.
Neurones
Nos cerveaux sont composés de cellules spéciales appelées des neurones, qui sont les éléments de base du cerveau et de la moelle épinière. Contrairement aux autres parties du corps, où les cellules grandissent tout au long de notre vie, la majorité des quelque 100 milliards de neurones sont formés avant la naissance. Cela se produit dans le cadre du processus de neurogenèse. Ce processus se poursuit dans certaines structures du cerveau jusqu’à environ l’âge de deux ans. Il y a un débat sur la question de savoir si des parties du cerveau créent de nouvelles cellules pendant que nous vieillissons. Les neurones captent des signaux de plusieurs sources, intègrent et transforment l’information, et communiquent celle-ci aux autres cellules.
Les synapses sont les connexions entre les neurones, alors que les neurotransmetteurs sont des substances chimiques qui franchissent la synapse pour passer d’un neurone à l’autre. Les neurones connectés forment des millions de voies neuronales dans le système nerveux central. Ces voies constituent le système de communication à l’intérieur du cerveau et avec le reste du corps. Les cellules gliales sont d’autres types de cellules qui soutiennent et isolent les neurones.
C’est au cours des premières années de la vie que se développent le plus de connexions neuronales. Plus d’un million de connexions neuronales se créent toutes les secondes pendant ces années! (Center on the Developing Child at Harvard University, Brain Architecture, s. d., para. 2). Ces connexions sont vitales pour la construction d’un cerveau sain.
Cliquez sur l’activité Interagir qui suit pour en apprendre plus sur les principaux composants d’une synapse et sur la façon dont les neurones forment des connexions entre eux au moyen des synapses.
INTERAGIR | Synapse Non disponible dans cet aperçu
Les gènes et l’environnement interagissent tout au long du développement cérébral. La programmation génétique organise les neurones et leur développement, et jette les fondations des réseaux et des connexions de base entre les principales parties du cerveau. L’environnement et les expériences affinent ces connexions, en en améliorant certaines et en en éliminant d’autres. Chaque expérience stimule certains circuits neuronaux et en laisse d’autres tranquilles. Les circuits neuronaux qui sont souvent utilisés se renforcent, tandis que ceux qui ne sont pas utilisés s’éliminent, entraînant l’élagage synaptique.
Même pendant la grossesse, les expériences et les gènes interagissent pour établir des circuits neuronaux et façonner l’architecture du cerveau. Les recherches montrent que beaucoup d’expériences pendant la grossesse peuvent avoir des conséquences néfastes à long terme sur le développement du cerveau fœtal, notamment l’exposition au tabac, aux drogues et à l’alcool; le stress; les infections; la violence pendant la grossesse; certains médicaments; l’accès limité aux dépistages et aux soins prénataux; et les risques environnementaux.
La vidéo ci-dessous, du National Scientific Council on the Developing Child à la Harvard University, présente un résumé visuel de la façon dont les cellules du cerveau forment des connexions et des voies pendant la petite enfance.
La construction de connexions et de voies neuronales n’est pas la seule chose qui se produit au cours des premiers mois et des premières années de vie. Le cerveau procède à l’élimination de neurones, de connexions et même de voies entières, tandis qu’il en renforce d’autres. Le cerveau accroît son efficacité en éliminant les voies peu utilisées et en renforçant celles qui sont utiles. Ce travail de connexion (le « câblage ») et d’affinage (l’« élagage ») se produit à la petite enfance, à l’enfance et à l’adolescence. Le cerveau procède à une surproduction de connexions synaptiques, et les élague ensuite au fil du temps, de sorte qu’à l’âge de six ans, le cerveau d’un enfant compte beaucoup plus de synapses que celui d’un adolescent ou d’un adulte. Cliquez sur l’image de la densité synaptique pour examiner cela de plus près.
Dans la vidéo qui suit, le neuroscientifique Bryan Kolb, Ph. D. et professeur au centre canadien des neurosciences comportementales à l’Université de Lethbridge, décrit le processus cérébral de câblage et d’élagage à la petite enfance en utilisant la métaphore d’un morceau de marbre en voie d’être sculpté, passant d’un simple roc à un magnifique objet d’art.
Dans la prochaine vidéo, feu Sir Michael Rutter, professeur de psychopathologie développementale à l’institut de psychiatrie du King’s College London pendant de nombreuses années, explique que la biologie n’est pas déterministe. La programmation génétique organise le développement neuronal, mais il y a des différences individuelles entre les neurones renforcés et ceux qui sont éliminés.
VISIONNER | Rutter – biologie Non disponible dans cet aperçu
Structures du cerveau
Le cerveau est divisé en trois régions, de la partie la plus primitive à la plus évoluée : le cerveau postérieur, le cerveau intermédiaire et le cerveau antérieur. Ces trois régions constituent les principales structures du cerveau. Le cerveau postérieur, situé à l’arrière du cerveau, comprend le cervelet. Le tronc cérébral se trouve dans le cerveau intermédiaire, à la base du cerveau. Le cerveau antérieur comprend le corps calleux, le système limbique et le cortex cérébral.
Chez l’humain, le cortex cérébral est hautement spécialisé et considérablement plus gros que celui des autres mammifères, y compris les singes et les chimpanzés. Le cortex cérébral se compose de deux hémisphères (gauche et droit), chacun divisé en cinq lobes : frontal, temporal, pariétal, occipital et insulaire. Le cinquième lobe, appelé le lobe insulaire ou le cortex insulaire, est situé profondément dans le cerveau et est difficile à voir sans imagerie par résonance magnétique. Il est lié aux autres parties du cerveau et à leurs fonctions (Chauhan et coll., 2021; Kortz et Lillehei, 2023; Menon, 2025).
Jouez au prochain jeu pour situer les structures cérébrales. (Remarque : le lobe insulaire n’est pas inclus.)
INTERAGIR | Assemblez votre cerveau Non disponible dans cet aperçu
Le diagramme suivant fournit plus d’information sur certaines structures cérébrales, notamment les quatre lobes du cortex cérébral. Jouez au jeu suivant pour tester votre compréhension de la fonction de chaque structure cérébrale.
INTERAGIR | Les fonctions cérébrales par région Non disponible dans cet aperçu
