Notre compréhension du cerveau humain a considérablement progressé, particulièrement depuis le développement de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), au début des années 1990. Contrairement à l’IRM traditionnelle, qui fournit des images détaillées de la structure du cerveau, l’IRMf permet aux scientifiques d’observer quelles régions cérébrales sont les plus actives pendant différentes tâches. Pour ce faire, elle détecte indirectement l’activité cérébrale en mesurant les variations de l’oxygénation du sang qui lui sont associées. Voici quatre découvertes importantes que l’IRMf et d’autres techniques de neuroimagerie ont contribué à mettre en lumière.

1. Une cartographie plus précise du fonctionnement du cerveau

Bien avant l’apparition de l’IRMf, les scientifiques savaient déjà que certaines régions du cerveau remplissaient des fonctions particulières. En 1861, par exemple, le médecin français Paul Broca a établi un lien entre une lésion dans une région précise du cerveau et des difficultés à produire le langage. Cette région sera plus tard appelée l’aire de Broca.

D’autres découvertes ont suivi, notamment l’identification des régions cérébrales associées au mouvement, au toucher et à la vision. Toutefois, une grande partie de ces connaissances provenait de l’étude de personnes ayant subi des lésions cérébrales ou d’expériences réalisées sur des animaux.

L’arrivée de l’IRMf a ouvert de nouvelles possibilités. Pour la première fois, les scientifiques pouvaient étudier l’activité de différentes régions du cerveau chez des personnes en bonne santé, sans avoir recours à la chirurgie ou à d’autres interventions invasives.

Cette avancée a permis de dresser des cartes plus détaillées du cerveau, de mieux comprendre le traitement de l’information visuelle et d’explorer la façon dont différentes régions cérébrales collaborent lorsque nous bougeons, percevons notre environnement ou effectuons des tâches mentales.

2. Un cerveau qui ne cesse de s’adapter

Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que le cerveau devenait relativement figé une fois l’âge adulte atteint. Aujourd’hui, nous savons que ce n’est pas le cas. Notre cerveau conserve tout au long de la vie la capacité de s’adapter et de se réorganiser, un phénomène appelé neuroplasticité.

Chaque fois que nous apprenons quelque chose de nouveau, pratiquons une habileté ou nous adaptons à une nouvelle expérience, notre cerveau peut se modifier. Les connexions entre les neurones peuvent se renforcer ou s’affaiblir, de nouvelles connexions peuvent se former et d’autres peuvent disparaître.

La neuroimagerie a permis aux scientifiques d’observer certains des changements à plus grande échelle associés à ce processus. Des études ont notamment montré que l’apprentissage et la pratique répétée peuvent influencer les schémas d’activité cérébrale et, dans certains cas, même certains aspects de la structure physique du cerveau.

Cette capacité d’adaptation ne se limite pas à l’enfance. Même si certains types d’apprentissage peuvent devenir plus difficiles avec l’âge, notre cerveau continue d’évoluer tout au long de la vie adulte. Cette capacité nous aide à acquérir de nouvelles compétences et, dans une certaine mesure, à récupérer à la suite de lésions cérébrales.

3. Une meilleure compréhension de la pensée, de l’apprentissage et de la mémoire

Comment comprenons-nous le langage, résolvons-nous des problèmes, mémorisons-nous de l’information ou prenons-nous des décisions?

Voilà quelques-unes des questions que les scientifiques explorent depuis des décennies. Bien que l’étude du cerveau animal ait fourni de précieuses connaissances, certains aspects de la pensée humaine sont particulièrement difficiles à étudier uniquement à partir de recherches sur les animaux.

Grâce à l’IRMf, les scientifiques peuvent observer les schémas d’activité cérébrale pendant que des personnes lisent, effectuent des calculs, apprennent de nouvelles informations ou réalisent d’autres tâches mentales.

Ces observations ont contribué à améliorer notre compréhension du rôle des différentes régions du cerveau dans le langage, le raisonnement, la mémoire et l’apprentissage. Elles ont également permis d’approfondir les recherches sur des troubles comme la dyslexie et la dyscalculie, ainsi que sur les maladies neurologiques pouvant entraîner une démence.

Un autre domaine de recherche fascinant concerne la conscience. En comparant l’activité cérébrale pendant l’éveil, le sommeil et différents états de conscience, les scientifiques commencent à mieux comprendre ce qui se produit dans notre cerveau lorsque notre expérience consciente se modifie.

Il reste toutefois beaucoup à découvrir. La neuroimagerie ne permet pas de lire dans nos pensées ni d’expliquer tous les aspects de l’apprentissage ou de la mémoire. Elle offre néanmoins aux scientifiques un nouvel outil précieux pour explorer ces processus complexes.

4. Le cerveau fonctionne en réseau, et non comme un ensemble de régions isolées

On entend souvent dire qu’une partie du cerveau contrôle le langage, qu’une autre s’occupe de la vision et qu’une troisième est responsable du mouvement.

Même si cette idée comporte une part de vérité, la réalité est beaucoup plus complexe.

La plupart de nos activités, particulièrement celles qui font appel à la réflexion, à l’apprentissage ou à la prise de décision, reposent sur la collaboration de plusieurs régions cérébrales.

Les scientifiques reconnaissaient l’importance de la communication entre les différentes régions du cerveau bien avant l’apparition de l’IRMf. Toutefois, la neuroimagerie leur a permis d’explorer ces connexions de manière beaucoup plus approfondie.

Les recherches montrent que le cerveau repose sur des réseaux interconnectés dont l’activité varie selon ce que nous faisons. Certains de ces réseaux sont même actifs lorsque nous sommes au repos, que nous rêvassons ou que nous laissons simplement notre esprit vagabonder.

Une même région cérébrale peut également participer à plusieurs réseaux et jouer différents rôles selon la situation. Cela ne signifie pas que les régions du cerveau ne possèdent pas de fonctions spécialisées, mais plutôt que spécialisation et collaboration vont de pair.

Plutôt que de considérer le cerveau comme un ensemble de services indépendants, il serait donc plus juste de l’imaginer comme un système en communication constante, dans lequel différentes régions collaborent pour rendre possibles nos pensées, nos actions et nos expériences.

Il reste encore beaucoup à découvrir

La neuroimagerie a transformé notre façon d’étudier le cerveau, mais elle n’a pas répondu à toutes nos questions.

Il est important de rappeler que l’IRMf ne mesure pas directement l’activité des neurones. Elle détecte plutôt les variations du débit sanguin et de l’oxygénation associées à cette activité. De plus, observer l’activation d’une région cérébrale ne permet pas nécessairement de savoir ce qu’une personne pense ni de démontrer que cette région est responsable d’une fonction précise.

C’est pourquoi les scientifiques continuent de combiner la neuroimagerie à d’autres méthodes de recherche afin de mieux comprendre ce qui se passe dans notre tête.

Une chose est certaine : plus nous en apprenons sur le cerveau, plus nous découvrons à quel point il est complexe, adaptable et interconnecté.

Sources et lectures complémentaires