Les
neurosciences
sont les
etudes scientifiques
du
systeme nerveux
, tant du point de vue de sa structure que de son fonctionnement, depuis l'echelle
moleculaire
jusqu'au niveau des organes, comme le
cerveau
, voire de l'organisme tout entier.
Le champ de la recherche en neurosciences est un champ transdisciplinaire : la biologie, la chimie, les mathematiques, la
bio-informatique
ainsi que la
neuropsychologie
sont utilisees en neurosciences. L'arsenal conceptuel et
methodologique
des neurosciences va de pair avec une diversite d'approches dans l'etude des aspects
moleculaires
,
cellulaires
,
developpementaux
,
neuroanatomiques
,
neurophysiologiques
,
cognitifs
,
genetiques
,
evolutionnaires
,
computationnels
ou
neurologiques
du systeme nerveux.
Les neurosciences sont souvent presentees sous l'angle des
neurosciences cognitives
, tout particulierement les travaux utilisant l'
imagerie cerebrale
: certaines applications des neurosciences cognitives peuvent etre employees en economie, en
elevage
,
finance
,
marketing
,
droit
et
intelligence artificielle
.
Depuis son origine, l’histoire des neurosciences a ete dominee par l’etude des
neurones
, alors que le cerveau est compose de deux grandes populations cellulaires : neurones (50 %) et
cellules gliales
(50 %). Les cellules gliales, cette autre moitie du cerveau, jouent en realite un role essentiel dans le fonctionnement cerebral et les comportements qui en resultent
[
1
]
.
Le terme de
neurosciences
apparait (dans la langue anglaise) a la fin des
annees 1960
pour designer la branche des sciences biologiques qui s'interesse a l'etude du systeme nerveux et plus particulierement du point de vue
electrophysiologique
, comme l'illustrent les travaux des futurs
prix Nobel
,
David Hunter Hubel
et
Torsten Wiesel
qui enregistrent les reponses electriques des
neurones
du
cortex visuel
du chat en fonction des images qu'on lui presente. Neanmoins, en tant que discipline scientifique, les neurosciences se situent dans la lignee d'une demarche scientifique bien plus ancienne qui a recu diverses etiquettes suivant les epoques et les methodes qu'elle a employees.
Bien que le terme date du
XX
e
siecle, l'etude anatomique du systeme nerveux herite directement des travaux des medecins anatomistes de la Renaissance, tel
Andre Vesale
. Avant cela, de nombreux medecins s'etaient interesses au fonctionnement du systeme nerveux et de son lien avec la pensee. Si le nom du ≪ pere ≫ de la medecine
Hippocrate
reste associe a la decouverte du role du cerveau dans les fonctions mentales, l'histoire de ce qu'on designe aujourd'hui comme la
neurologie
et la
psychiatrie
prend ses origines dans les traites medicaux de l'
Egypte ancienne
et passe par les ecrits des medecins romains (
Galien
), puis arabo-musulmans (
Averroes
), pour arriver aux travaux de
Descartes
. Ces derniers annonceront une epoque de progres scientifiques qui etabliront un pont entre la
psychologie
, l'
anatomie
et la
physiologie
, avec des consequences tres directes sur la reflexion philosophique des
Lumieres
.
L'etude du fonctionnement du systeme nerveux sera en effet veritablement lancee au
XVIII
e
siecle
par la decouverte de la ≪
bioelectricite
≫ dont le medecin et physicien
Luigi Galvani
fut l'un des pionniers. Au cours du
XIX
e
siecle, ces travaux sur l'≪ electricite animale ≫ connaitront de grands progres. Et a la fin du siecle, en 1875, les premieres observations de l'activite electrique en lien avec le comportement seront decrites par un medecin anglais,
Richard Caton
.
Parallelement, a la fin du
XIX
e
siecle, ce seront les progres dans l'optique et la chimie qui permettront de decouvrir grace a la coloration des coupes
histologiques
du tissu nerveux et leur observation au
microscope
, la structure et l'organisation des neurones. Deux figures incontournables de cette decouverte,
Camillo Golgi
et
Santiago Ramon y Cajal
partageront ainsi tous les deux le prix Nobel de physiologie et medecine en 1906.
Enfin, toujours en cette deuxieme moitie du
XIX
e
siecle, l'etude scientifique des patients souffrant de
lesions cerebrales
par les medecins
Broca
et
Wernicke
formera les premices de la ≪ neurologie experimentale ≫ et de l'etude des fonctions mentales (on dirait aujourd'hui
cognitives
) du systeme nerveux, future
neuropsychologie
. La decouverte de l'
aire de Broca
en 1861 est ainsi la premiere demonstration du role du systeme nerveux dans une fonction dite superieure, a savoir le
langage articule
. Et c'est a l'epoque ou
Charles Darwin
propose sa theorie de l'evolution que le meme Broca s'interesse de pres aux
homologies
entre le cerveau humain et celui des autres
primates
.
Historiquement, les neurosciences ont donc d'abord emerge comme une branche de la
biologie
et de la
medecine
, philosophiquement inspiree par le
scientisme
du
XIX
e
siecle et postulant l'absence de toute cause endogene (auto-generee) du comportement humain.
Avec l'evolution des connaissances scientifiques et des methodes, la
chimie
, la
psychologie
, l'
informatique
et la
physique
ont par la suite amplement contribue aux progres de cette discipline. Par ailleurs, il ne faut pas oublier une branche moderne de la
philosophie
qui a eu et, qui a encore, un impact important sur la facon d'approcher les neurosciences, notamment au travers de ce qu'on appelle les
sciences cognitives
. Un exemple des plus celebres de la confrontation entre philosophie et neuroscience est la quete d'une localisation de l'ame dans le cerveau. Ainsi, au
XVII
e
siecle, le philosophe
Rene Descartes
utilisait un argument neuroscientifique pour faire de la
glande pineale
le siege de l'ame (tout en accordant a cette derniere une existence distincte) : alors que les differentes structures du cerveau possedent chacune un symetrique dans l'autre moitie du cerveau, ce n'est pas le cas de la glande pineale. Si les termes de cette question particuliere sont aujourd'hui depasses, l'approche philosophique du
scientisme
continue de jouer un role important sur les
paradigmes
mis en œuvre dans les neurosciences.
Depuis son origine, la recherche sur le cerveau a connu principalement trois phases: phase philosophique, phase experimentale et phase theorique. La prochaine phase a ete predite comme la phase de simulation ― le futur des neurosciences
[
2
]
.
Depuis les
annees 1980
des biologistes utilisent la metaphore de
neurobiologie vegetale
pour decrire le traitement des informations internes et externes (environnementales) par les plantes ou communautes de plantes
[
3
]
. Ces dernieres utilisent en effet un
≪ systeme integre de signalisation, de communication et de reponse passant par des signaux electriques a longue distance, le transport de l'
auxine
a mediation vesiculaire dans des tissus vasculaires specialises et la production de produits chimiques connus pour etre
neuronaux
chez les animaux ≫
,
≪ pour se developper, prosperer et se reproduire de maniere optimale ≫
[
3
]
.
(
voir
infra
)
Les neurosciences couvrant plusieurs ordres de grandeurs de complexite, on peut les diviser en fonction de cette caracteristique
[
4
]
:
- quelques μm :
synapses
;
- 100
μm
: neurones ;
- 1
mm
: reseaux elementaires ;
- 1
cm
: ≪ cartes ≫ (
maps
) ;
- 10
cm
: ensemble cognitif et moteur specialise.
Les frontieres des diverses disciplines restent relativement floues. Les principales sont donnees ci-dessous :
Les tableaux ci-dessous presentent de maniere detaillee les disciplines des neurosciences, regroupees en grandes familles :
- les sciences biologiques des neurosciences ;
- les sciences cognitives ;
- les sciences medicales ;
- l'ingenierie et la technologie des neurosciences ;
- les disciplines recentes.
Les sciences biologiques des neurosciences :
Disciplines
|
Sujets majeurs
|
Methodes experimentales et theoriques
|
Neurobiologie
|
L'etude biologique du systeme nerveux
|
Toutes les methodes ci-dessous
|
Neurodeveloppement
|
Proliferation cellulaire
,
Neurogenese
,
Guidage axonal
,
Developpement dendritique
,
Migration neuronale
,
Facteur de croissance
,
Jonction neuromusculaire
,
Neurotrophine
,
Apoptose
,
Synaptogenese
|
Ovocyte
de
Xenope
,
Chimie des proteines
,
Genomique
,
Drosophile
,
Genes HOX
|
Neurobiologie moleculaire
|
Biosynthese des proteines
,
Transport des proteines
,
Canal ionique
|
|
Neurohistologie
|
Neurocytologie
,
Glie
(
Astrocyte
,
Cellule de Schwann
,
Oligodendrocyte
,
Microglie
)
|
Immunohistochimie
,
Microscopie electronique
|
Neurophysiologie
|
Potentiel d'action
,
Synapse
,
Transmission synaptique
,
Neurotransmetteurs
,
Photorecepteurs
,
Neuroendocrinologie
,
Neuroimmunologie
|
PCR
,
Patch clamp
,
Clonage moleculaire
,
Dosage biochimique
,
Hybridation fluorescente in-situ
,
Southern blots
,
Puce a ADN
,
Proteine fluorescente verte
,
Imagerie calcique
,
HPLC
,
Microdialyse
,
Genomique fonctionnelle
|
Neuroanatomie
|
Systeme somatosensoriel
,
Systeme visuel
,
Cortex visuel primaire
,
Systeme auditif
,
Systeme vestibulaire
|
Dissection
,
Microscopie photonique
,
Tracage neuronal
|
Neuroanatomie fonctionnelle
|
Audition
,
Integration sensorielle
,
Nociception
,
Vision des couleurs
,
Olfaction
,
Systeme moteur
,
Moelle spinale
,
Sommeil
,
Homeostasie
,
Vigilance
,
Attention
|
|
Neuropharmacologie
|
Canal ionique
,
Transduction de signal
|
Psycho(neuro)pharmacologie
Neuropsychopharmacologie
(en)
|
Psychophysiologie
|
Rythmes circadiens
|
Potentiel evoque
|
Les sciences cognitives des neurosciences :
Disciplines
|
Sujets majeurs
|
Methodes experimentales et theoriques
|
Neurosciences affectives
|
Emotions
,
Motivation
,
Douleur
|
methodes experimentales de
Genetique humaine
|
Neurosciences comportementales
|
Genetique comportementale
,
Psychologie biologique
,
Equilibre (comportement)
,
Comportement d'agression
,
Comportement maternel
,
Comportement sexuel
,
Homeostasie
,
Controle moteur
,
Effet activationnel des hormones
|
Modele animal
,
Souris knock-out
|
Neurosciences cognitives
|
Vigilance
,
Attention
,
Perception
,
Vision
,
Audition
,
Olfaction
,
Gout
,
Prise de decision
,
Langage
,
Memoire
,
Apprentissage moteur
|
EEG
,
MEG
,
IRMf
,
TEP
,
SPECT
,
Stimulation magnetique transcranienne
,
methodes experimentales de
Psychologie cognitive
,
Psychometrie
|
Neurosciences sociales
|
Cognition
,
Emotions
,
Motivation
,
Perception sociale
,
Raisonnement moral
,
Empathie
|
modeles theoriques de la
Psychologie sociale
,
Science cognitive
, et
Biologie
;
methodes experimentales des
Neurosciences,
Genetique comportementale
,
Endocrinologie
.
|
Neurolinguistique
|
Langage
,
Aire de Broca
,
Acquisition du langage
,
Perception de la parole
|
modeles theoriques de
Psycholinguistique
,
Science cognitive
, et
Informatique
;
methodes experimentales de
Neurosciences cognitives
|
Les sciences medicales des neurosciences :
Disciplines
|
Sujets majeurs
|
Methodes experimentales et theoriques
|
Neuropathologie
|
|
|
Neurologie
|
Demence
,
Neuropathie peripherique
,
Traumatisme medullaire
,
Traumatisme cranien
,
Systeme nerveux autonome
,
Maladie de Parkinson
,
Amnesie
|
Essai clinique
,
Neuropharmacologie
,
Stimulation cerebrale profonde
,
Neurochirurgie
|
Neuropsychologie
|
Aphasie
,
Apraxie
|
|
Psychiatrie
|
Schizophrenie
,
Depression
,
Addiction
,
Anxiete
|
|
Ingenierie et technologie :
Disciplines recentes :
Aujourd'hui, l'etude du systeme nerveux passe par de multiples approches qui suivent deux grandes directions :
- une approche ascendante (ou
bottom-up
) qui etudie les briques de base du
systeme nerveux
pour essayer de reconstituer le fonctionnement de l'ensemble ;
- une approche descendante (
top-down
) qui, en etudiant les manifestations externes du fonctionnement du
systeme nerveux
, tente de comprendre comment il est organise et comment il fonctionne.
Ces deux demarches, ascendante pour la premiere et descendante pour la deuxieme, commencent aujourd'hui a se rencontrer a un carrefour forme par l'
imagerie cerebrale
et plus generalement les
neurosciences cognitives
. En effet, les techniques d'imagerie cerebrale permettent de determiner comment une fonction
cognitive
precise est realisee dans le systeme nerveux en mesurant divers correlats de l'activite neuronale (vasculaire pour l'
IRM fonctionnelle
, electrique pour l'
EEG
…) lorsque le sujet (humain ou non) realise une tache donnee (ecouter un son, memoriser une information, lire un texte…).
L'une des activites les plus mediatisees des neurosciences est l'atlas neurofonctionnel du
cerveau
. Une autre, en plein essor, est la
neuropsychologie
. Une meilleure connaissance des
pathologies
neuronales est aussi un domaine considere crucial, notamment avec l'augmentation des pathologies neurodegeneratives au sein d'une population vieillissante.
On peut aussi citer le developpement de la
neuroeconomie
. Dans ce dernier domaine, les recherches auraient montre que certaines decisions dans des domaines censes etre rationnels (achats et vente en bourse) seraient souvent liees a de fortes excitations et emotions, mettant en jeu des zones du cerveau associees au plaisir ou a la souffrance. Cela ouvre la voie a l'exploration du role des emotions dans le
processus de decision
quel que soit le domaine.
Bien qu'ayant realise de grandes avancees ces dernieres decennies, la recherche en neurosciences a encore de grandes interrogations devant elle. Son plus grand defi reste et restera de lier la biologie (les neurones) a la psychologie (la conscience, l'esprit, l'intelligence, etc.). Voici quelques exemples de questionnements actuels sur lesquels planchent certains neuroscientifiques :
- Ou est stockee l'information (la
memoire
), au niveau des neurones ou ailleurs ? Les neurones pourraient-ils ne servir que de relais ?
- Comment se met en place l'organisation du systeme nerveux au cours du developpement ? Comment peut-elle etre alteree ?
- Comment se declenchent les
maladies neurodegeneratives
(la majorite d'entre elles ont une
etiologie
encore inconnue) ?
- Quel est le role des
cellules gliales
dans le fonctionnement normal et pathologique du cerveau
[
1
]
?
- Quelles sont les relations entre perception et realite ?
- Comment expliquer les
etats modifies de conscience
?
Paul Valery
s'est montre sceptique a l'egard de ceux qui affirmaient voir - a son epoque -
l'esprit au bout de leur bistouri
:
≪
Veuillez donc supposer que les plus grands savants qui ont existe jusqu'a la fin du
XVIII
e
siecle, les Archimede et les Descartes, etant assembles en quelque lieu des Enfers, un messager de la Terre leur apporte une
dynamo
et la leur donne a examiner a loisir (…). Ils la font demonter, en interrogent et en mesurent toutes les parties. Ils font en somme tout ce qu'ils peuvent… Mais le courant leur est inconnu, l'induction leur est inconnue ; ils n'ont guere l'idee que de transformations mecaniques. Ainsi tout le savoir et tout le genie humain reunis devant ce mysterieux objet echouent a en deviner le secret, et a deviner le fait nouveau qui fut apporte par
Volta
(…),
Ampere
,
Ørsted
,
Faraday
, et les autres (…) [C'est] ce que nous-memes faisons quand nous interrogeons un cerveau, le pesant, le dissequant, le debitant en coupes minces et soumettant ces lamelles fixees a l'examen histologique
[
5
]
≫
Pour leur ambition de comprendre les mecanismes de la
pensee
selon une vision tiree du
monisme
anthropologique et du
scientisme
, les neurosciences font l'objet de critiques qui se rassemblent autour d'une demarche
antireductionniste
et d'un discours
biologisant
: selon ces critiques, les neurosciences sous-estiment la difference d'echelle entre leur discipline et des phenomenes qui relevent jusqu'ici d'autres champs scientifiques comme la
linguistique
, l'
anthropologie
, la
psychologie
, la
sociologie
ou la
psychiatrie
. Ainsi par exemple ce que
Jean-Pierre Changeux
nomme concept dans
L'homme neuronal
reste encore une extension du
percept
, tres eloignee encore des concepts du niveau etudie en philosophie. Sans mettre en cause l'interet de la demarche, ces critiques affirment que les neurosciences crient juste victoire encore un peu tot
[
6
]
.
Si des neuroscientifiques comme Changeux semblent tomber effectivement dans une approche assez reductionniste, d'autres comme le philosophe
Daniel Dennett
denoncent ce
reductionnisme
comme pouvant correspondre a des motivations mercantiles. Les
neurosciences cognitives
contemporaines essaient en tout cas de tracer des ponts entre l'exploration des mecanismes cerebraux et la richesse des quelques phenomenes
cognitifs
simples. Nul ne conteste qu'il reste beaucoup a etablir avant de pouvoir expliquer une conduite ou un etat d'ame aux moyens de ces nouveaux outils scientifiques, en admettant meme que cette technique soit la plus simple pour cela (nous n'avons pas besoin par exemple de connaitre en detail le cerveau d'un chat pour savoir qu'il se mettra a courir apres une souris, pas plus que de connaitre la
physique du solide
pour evaluer la robustesse d'un escabeau). Il reste egalement a etablir un rapprochement entre differents types d'experiences et de disciplines neuroscientifiques.
L'usage de l'imagerie medicale comme outil d'interpretation du comportement humain suscite egalement un certain scepticisme, car cette demarche est susceptible de confondre la cause et l'effet (l'excitation d'un organe pouvant etre le resultat physiologique d'une decision, et non sa cause ; la carte de la pensee, resultat de la carte de l'activite des neurones issue elle-meme de la carte de l'activite d'oxygenation du cerveau). Plus generalement, de telles conclusions tirees de l'observation d'un etre anime pourraient etre entachees de l'erreur de raisonnement connue sous le nom de
petitio principii
(ou la conclusion de l'experience resulte directement des postulats metaphysiques du chercheur, voire de ses prejuges sociaux, et non des faits), et d'erreur
mereologique
[
6
]
.
Une autre critique concerne la dimension
ethique
, sociale et technologique des neurosciences. Le probleme de la
responsabilite sociale
de l'activite scientifique n'est pas propre aux neurosciences, mais il est exacerbe par la
mediatisation
des avancees faites dans ce domaine et par la fascination liee a l'idee de transformer non pas l'enveloppe corporelle de l'homme (a ce sujet voir l'article
clonage
) mais le fonctionnement de son
esprit
(voir
transhumanisme
). Certains s'inquietent ainsi de l'emergence d'un
neuromarketing
, dont l'objectif est d'utiliser les neurosciences pour ameliorer l'efficacite des campagnes de
marketing
: ces recherches trouvent des financements, mais on ne connait pas les motivations des financiers de cet investissement, ni quel retour ils en esperent, et pas davantage s'ils ne sont motives que par la connaissance pure. D'autre part, la remise en question du
libre arbitre
peut etre interpretee comme une remise en cause de la
Declaration universelle des droits de l'homme
, justifiant ainsi des restrictions politiques de la part de gouvernements prompts a exploiter ce genres d'occasions, comme cela a ete le cas au
XX
e
siecle avec l'
eugenisme
.
Il y a cependant en face le souhait de mieux comprendre le mental humain. Le choix d'applications aux decouvertes est lie a tout progres scientifique et n'est en rien specifique aux neurosciences. Un pouvoir
politique
bien controle par le
citoyen
peut tenter de mettre des garde-fous
ethiques
aux utilisations technologiques ou sociales des progres scientifiques sans pour autant entraver la recherche. On en revient alors au dilemme bien connu entre les citoyens et les detenteurs de puissance financiere - qui sont parfois les memes.
Le concept de
≪ neurosciences ≫
, en tant qu'il est tres large et assez abstrait, peut aussi agir comme un fourre-tout douteux et ainsi servir de couverture a des publications peu scientifiques, voire a de parfaits charlatans, et
≪ on voit ainsi fleurir, pour ainsi dire mecaniquement, une quantite invraisemblable de specialistes auto-proclames sur ces themes, exactement comme si ceux-ci agissaient comme des attracteurs a
bullshit
≫
[
7
]
. La notion tres intimidante de
≪ neuroscience ≫
est ainsi brandie dans les medias par toutes sortes d'imposteurs et de gourous en mal de respectabilite
[
7
]
. l'exemple le plus typique en France en a ete l'ephemere gloire du mystificateur
Idriss Aberkane
, auteur du best-seller
Liberez votre cerveau
en 2016
[
7
]
. Les neurosciences sont ainsi devenues, notamment en dehors de la recherche fondamentale en
neurologie
,
≪ le nouvel eldorado des coachs en
bullshit
≫
[
8
]
.
Plusieurs personnalites scientifiques œuvrant dans le domaine des neurosciences ont ete recompensees du
prix Nobel de physiologie ou medecine
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Notices dans des dictionnaires ou encyclopedies generalistes
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