Plasticité cérébrale et apprentissage

Le cerveau n'est pas un câblage figé : comme un chemin qu'on emprunte tous les jours devient une piste bien tracée, les connexions entre neurones que l'on utilise se renforcent, et c'est ainsi que l'on apprend, que l'on récupère après une lésion et que chaque cerveau devient unique.

Objectifs

Rappeler l'organisation du cortex moteur en cartes (somatotopie).
Définir la plasticité cérébrale et décrire ses mécanismes au niveau des synapses et des réseaux de neurones.
Expliquer comment l'apprentissage modifie les cartes corticales et rend chaque cerveau unique.
Comprendre le rôle de la plasticité dans la récupération après une lésion, et ses limites.
Savoir comment entretenir ses capacités cérébrales.

1. Le cortex moteur : une carte du corps

Notions clés

Les mouvements volontaires sont commandés par le cortex moteur primaire, une bande de cortex située en avant du sillon central (scissure de Rolando), dans chaque hémisphère. Chaque hémisphère commande la moitié opposée du corps.

Dans ce cortex, chaque partie du corps est commandée par une zone précise : on parle de somatotopie. On représente cette carte par un personnage déformé, l'homoncule moteur : la main, les doigts, les lèvres et la langue y sont énormes, car ils réalisent des mouvements très fins et disposent de beaucoup de neurones, tandis que le tronc y est minuscule.

Pourquoi la main occupe-t-elle une grande surface de l'homoncule moteur ?

Parce que la main est la partie la plus lourde du corps
Parce que la main réalise des mouvements fins qui mobilisent beaucoup de neurones
Parce que la main est commandée par les deux hémisphères à la fois

La taille d'une zone de la carte motrice reflète la précision des mouvements commandés, donc le nombre de neurones qui s'en occupent.

2. La plasticité cérébrale : un cerveau qui se remodèle

Définition

La plasticité cérébrale est la capacité du système nerveux à modifier sa structure et son fonctionnement (synapses, réseaux de neurones, cartes corticales) sous l'effet de l'expérience, de l'apprentissage ou d'une lésion, tout au long de la vie.

Rappel : la synapse

Les neurones communiquent par des synapses. Le message nerveux arrive dans la terminaison du neurone présynaptique, provoque la libération d'un neurotransmetteur contenu dans des vésicules ; celui-ci traverse la fente synaptique et se fixe sur des récepteurs du neurone postsynaptique. Légende le schéma ci-dessous.

Les mécanismes de la plasticité

Renforcement des synapses utilisées : quand deux neurones sont souvent activés ensemble, la transmission entre eux devient plus efficace (plus de neurotransmetteur libéré, plus de récepteurs). Le message passe plus facilement.
Formation de nouvelles synapses : les neurones développent de nouvelles ramifications et établissent de nouvelles connexions.
Élimination des synapses peu utilisées : les connexions qui ne servent pas s'affaiblissent et peuvent disparaître.
Remaniement des cartes corticales : à plus grande échelle, la surface de cortex consacrée à une fonction très entraînée peut s'étendre.

Observe ces changements étape par étape :

Au début de l'apprentissage, le neurone A est relié au neurone B par une synapse peu efficace : le message passe mal.

À force de répétition, A et B sont activés ensemble : la synapse se renforce, le message passe plus facilement.

A développe une nouvelle ramification et forme une nouvelle synapse avec B : le circuit devient plus solide.

La connexion entre C et B, qui ne sert plus, s'affaiblit puis disparaît : le cerveau fait le tri.

Lequel de ces changements N'EST PAS un mécanisme de la plasticité cérébrale ?

Le remplacement régulier de tous les neurones du cortex par des neurones neufs
Le renforcement d'une synapse souvent utilisée
L'élimination d'une synapse qui ne sert plus

Chez l'adulte, les neurones du cortex ne sont pas renouvelés en permanence (la formation de nouveaux neurones est très limitée). La plasticité repose surtout sur les synapses et les réseaux qui se remanient.

3. Plasticité et apprentissage : chaque cerveau est unique

Les expériences scientifiques montrent que l'entraînement modifie les cartes motrices :

Chez des singes entraînés à utiliser surtout certains doigts pour attraper de la nourriture, des chercheurs (équipe de Michael Merzenich, années 1990) ont observé que la zone de cortex correspondant à ces doigts s'agrandissait.
Chez des musiciens jouant d'un instrument à cordes (violon, guitare), l'imagerie cérébrale (étude d'Elbert et ses collègues, 1995) montre une représentation des doigts de la main gauche, qui pressent les cordes, plus étendue que chez des non-musiciens.

L'apprentissage d'un geste suit donc un circuit : répétition, renforcement des connexions, puis automatisme.

flowchart LR
  A[Nouveau geste] --> B[Répétition]
  B --> C[Synapses renforcées]
  C --> D[Carte motrice remaniée]
  D --> E[Geste automatique]
  E --> F[Arrêt de la pratique]
  F --> G[Connexions affaiblies]

Je constate : la zone motrice des doigts de la main gauche est plus étendue chez le guitariste que chez la non-musicienne.

Je relie : à la guitare, les doigts de la main gauche réalisent des mouvements fins et très répétés pour presser les cordes.

J'explique : cette pratique répétée a renforcé et multiplié les synapses des neurones qui commandent ces doigts ; la carte motrice s'est étendue. C'est la plasticité cérébrale.

Je conclus : la carte motrice d'un individu dépend de son histoire et de ses apprentissages, pas seulement de ses gènes.

Kofi arrête la guitare pendant plusieurs années. Que peut-on prévoir ?

Rien ne change : une carte motrice est définitive
Ses neurones moteurs meurent tous
Les connexions peu utilisées s'affaiblissent et la zone des doigts peut se réduire

La plasticité joue dans les deux sens : ce qui n'est plus utilisé s'affaiblit. C'est pourquoi un geste non pratiqué devient moins précis, même s'il se réapprend souvent plus vite.

4. Plasticité et récupération après une lésion

Les neurones détruits ne sont pas remplacés. Mais grâce à la plasticité, des neurones voisins de la lésion, ou d'autres régions, peuvent progressivement prendre en charge une partie de la fonction perdue : de nouvelles connexions se forment et des cartes se réorganisent. La rééducation (exercices répétés) stimule ce remaniement.

Pourquoi la rééducation aide-t-elle un patient après un AVC ?

Elle fait repousser les neurones détruits
Les exercices répétés stimulent la formation de nouvelles connexions dans des zones intactes
Elle déplace la lésion vers l'autre hémisphère

Les neurones détruits ne repoussent pas ; ce sont les réseaux intacts qui se réorganisent, et la répétition des gestes favorise ce remaniement.

5. Entretenir ses capacités cérébrales

Stimuler son cerveau : apprendre, lire, pratiquer une activité, une langue, un instrument entretient les connexions à tout âge.
Dormir suffisamment : le sommeil participe à la consolidation des apprentissages.
Bouger : l'activité physique régulière est favorable au fonctionnement du cerveau.
Éviter les drogues et l'abus d'alcool : ces substances agissent sur les synapses et perturbent le fonctionnement des réseaux de neurones et donc l'apprentissage.

Question de réflexion : Aïcha dit « Je suis nulle en maths, mon cerveau est fait comme ça. » Que peut-on lui répondre à l'aide de ce chapitre ?

Voir la solution

Le cerveau n'est pas figé : grâce à la plasticité, l'entraînement régulier renforce les connexions utilisées pour une tâche. En s'exerçant souvent (exercices répétés, révisions espacées, sommeil suffisant), Aïcha peut progresser : ses capacités ne sont pas fixées une fois pour toutes par ses gènes.

Récapitulatif

Le cortex moteur est organisé en cartes (somatotopie) ; ces cartes diffèrent d'un individu à l'autre.
La plasticité cérébrale est la capacité du cerveau à se remodeler toute la vie : renforcement, création et élimination de synapses, remaniement des cartes.
L'apprentissage modifie les réseaux de neurones et les cartes corticales : chaque cerveau est unique, produit des gènes et de l'histoire de la personne.
La plasticité permet une récupération, souvent partielle, après une lésion ; elle diminue avec l'âge sans disparaître.
Stimulation, sommeil et hygiène de vie entretiennent les capacités cérébrales.

Plasticité cérébrale

Capacité du cerveau à modifier ses connexions et ses cartes sous l'effet de l'expérience, toute la vie.

Somatotopie

Chaque partie du corps est commandée par une zone précise du cortex moteur.

Homoncule moteur

Personnage déformé qui représente la carte motrice : mains et bouche énormes car leurs mouvements sont fins.

Effet de l'apprentissage

Renforcement et création de synapses, extension de la zone corticale de la fonction entraînée.

Récupération après lésion

Des zones intactes reprennent une partie de la fonction ; la rééducation favorise ce remaniement.

Cerveau unique

Résultat des gènes et de l'histoire personnelle : même de vrais jumeaux n'ont pas les mêmes cartes.