Pourquoi le cerveau adulte continue-t-il de créer de nouveaux neurones ?
La réponse courte, c’est que, au moins dans une région du cerveau, l’hippocampe, la plupart des données indiquent que des neurones continuent de se former à l’âge adulte, même si leur nombre et leur importance restent l’un des débats ouverts des neurosciences.
Pour comprendre pourquoi la question pèse autant, il faut commencer par celui qui l’a refermée pendant un demi-siècle : Santiago Ramón y Cajal.
Le dogme de Cajal
Cajal, prix Nobel en 1906, a consacré des années à étudier ce qui se passe quand un nerf ou une voie du système nerveux central est endommagé. Il a réuni ces travaux dans Estudios sobre la degeneración y regeneración del sistema nervioso (Madrid, 1913-1914), et sa conclusion était sans appel : dans les centres nerveux de l’adulte, les voies sont quelque chose de fixe, d’achevé, d’immuable.
Dans la traduction anglaise de 1928, la phrase est devenue célèbre : « everything may die, nothing may be regenerated », tout peut mourir, rien ne peut se régénérer. Cajal ajoutait qu’il revenait à la science de l’avenir de changer, si c’était possible, ce dur décret.
Ce principe est devenu le dogme de la non-régénération, et pendant des décennies les neurosciences ont tenu pour acquis que le cerveau adulte ne pouvait que perdre des neurones.
Une nuance importante : Cajal ne voyait pas le cerveau comme une chose inerte. Dans sa conférence Croonian devant la Royal Society (1894), il l’avait déjà comparé à un jardin d’arbres qui :
« en réponse à une culture intelligente, peuvent augmenter le nombre de leurs branches, étendre leurs racines sur une plus grande surface et produire des fleurs et des fruits plus variés et plus exquis. »
Mais il parlait de nouvelles connexions entre des neurones déjà existants, la base de ce que nous appelons aujourd’hui la plasticité neuronale, et non de nouveaux neurones. La plasticité, oui ; la neurogenèse, non.
Les premières fissures : Altman et les rats
En 1965, Joseph Altman et Gopal Das ont publié dans le Journal of Comparative Neurology des preuves que, dans l’hippocampe du rat, après la naissance, de nouvelles cellules continuaient d’apparaître et devenaient des neurones. Ils ont utilisé de la thymidine radioactive, un marqueur qui s’incorpore à l’ADN des cellules en train de se diviser.
La découverte heurtait le dogme et a mis des décennies à être acceptée. Ce qui a fini par changer la donne, c’est la démonstration chez l’humain.
Eriksson, 1998 : la première preuve chez l’humain
Confirmer la neurogenèse chez les personnes est bien plus difficile que chez l’animal : identifier un neurone nouvellement formé exige de marquer les cellules au moment où elles se divisent, ce qu’on ne peut pas faire sur un cerveau humain sain à seule fin de recherche.
En novembre 1998, Peter Eriksson, Fred Gage et leur équipe ont trouvé une solution. Ils ont analysé, après leur décès, le tissu cérébral de patients atteints d’un cancer qui avaient reçu de leur vivant un marqueur des cellules en division (la bromodésoxyuridine, BrdU) dans le cadre de leur suivi oncologique. Dans le gyrus denté de l’hippocampe sont apparues des cellules marquées devenues des neurones : elles s’étaient formées à l’âge adulte.
Combien de neurones : la méthode du carbone 14
Kirsty Spalding, Jonas Frisén et leur équipe (2013) ont cherché une autre façon de mesurer. Les essais nucléaires atmosphériques des années cinquante et soixante ont fait bondir la quantité de carbone 14 dans l’air, et ce carbone est resté inscrit dans l’ADN des cellules qui se formaient à chaque moment. En mesurant le carbone 14 des neurones de l’hippocampe de personnes décédées, on peut estimer quand chaque cellule est née.
Leur résultat : environ un tiers des neurones du gyrus denté se renouvelle au cours de la vie, avec quelque 700 nouveaux neurones par jour dans chaque hippocampe chez l’adulte et une baisse modérée avec l’âge.
Où naissent les nouveaux neurones
La neurogenèse hippocampique a lieu dans le gyrus denté. On y trouve des cellules précurseurs ou souches qui se divisent et donnent naissance à des cellules qui migrent sur une courte distance, se différencient en neurones et établissent des connexions avec ceux qui existent déjà.
Chez les rongeurs, une bonne partie de ces neurones ne survit pas au-delà des premières semaines ; ceux qui survivent s’intègrent aux circuits. Que ce soit l’hippocampe, une région clé pour la mémoire, qui conserve cette capacité a ouvert une piste de recherche toujours active.
Le débat de 2018
En mars 2018, Shawn Sorrells, Arturo Álvarez-Buylla et leur équipe ont publié dans Nature une étude sur des échantillons de cerveaux d’enfants et d’adultes : la formation de neurones chutait brutalement pendant l’enfance, et ils ne l’ont pas détectée chez l’adulte.
Un mois plus tard, Maura Boldrini et son équipe ont publié dans Cell Stem Cell le résultat inverse : chez 28 personnes de 14 à 79 ans, décédées subitement, ils ont trouvé des milliers de neurones immatures dans l’hippocampe, en quantités semblables chez les jeunes et chez les plus âgés.
En 2019, le groupe de María Llorens-Martín, au Centro de Biología Molecular Severo Ochoa de Madrid, a analysé des cerveaux traités dans des conditions très contrôlées, avec un délai court avant la fixation du tissu. Ils ont trouvé des milliers de neurones immatures dans le gyrus denté de personnes en bonne santé jusqu’à la neuvième décennie de la vie, et une chute marquée chez des patients atteints de la maladie d’Alzheimer.
Un large groupe de spécialistes, emmené par Gerd Kempermann (2018), a résumé l’état de la question : la plupart des preuves soutiennent l’existence de la neurogenèse hippocampique chez l’humain adulte, mais son ampleur et sa fonction ne sont pas encore claires, et les résultats dépendent beaucoup de la façon dont le tissu est obtenu et traité.
Ce qui aide ce processus et ce qui le freine
Presque tout ce que l’on sait sur ce qui favorise la neurogenèse vient des animaux de laboratoire :
- L’exploration d’environnements riches en stimulations augmente la formation de nouveaux neurones et leur probabilité de survie.
- Le stress prolongé et l’absence de stimulations réduisent l’une et l’autre.
C’est un résultat qui rejoint pourquoi le stress bloque la mémoire : chez les rongeurs, le stress chronique ne rend pas seulement plus difficile la récupération de ce qu’on a appris, il freine aussi la formation de neurones dans l’hippocampe.
Apprendre et créer des neurones : un circuit à double sens
Elizabeth Gould et son équipe (1999) ont montré chez le rat que la relation fonctionne aussi en sens inverse : apprendre des tâches qui dépendent de l’hippocampe augmentait la survie des nouveaux neurones, alors qu’apprendre des tâches qui n’en dépendent pas n’avait pas cet effet.
Chez le rat, acquérir des informations nouvelles semble donc nourrir le processus en retour. Le transposer à l’humain est plus délicat : on ne peut pas mesurer la neurogenèse chez une personne vivante, et aucune étude n’a montré qu’étudier davantage produise plus de neurones. La prudence invite à retenir l’idée générale, bien documentée, que le cerveau adulte garde une capacité de changement.
Votre degré d’implication réelle dans ce que vous apprenez, plus que les heures que vous y passez, c’est justement ce que mesure notre test sur l’apprentissage en profondeur ou en surface.
Ce que nous savons et ce que nous ignorons
- Nous savons que le cerveau adulte des mammifères forme de nouveaux neurones dans l’hippocampe, et la plupart des études chez l’humain vont dans le même sens.
- Nous savons que Cajal a vu juste en décrivant la plasticité des connexions et s’est trompé en considérant comme close la formation de neurones.
- Nous ignorons avec précision combien de nouveaux neurones forme un humain adulte, dans quelle mesure ils contribuent à la mémoire, et si les facteurs qui la favorisent chez le rat ont un effet appréciable chez les personnes.
Sources
- Altman, J. et Das, G. D. (1965). Autoradiographic and histological evidence of postnatal hippocampal neurogenesis in rats. Journal of Comparative Neurology, 124(3), 319-335. https://doi.org/10.1002/cne.901240303
- Boldrini, M., Fulmore, C. A., Tartt, A. N., Simeon, L. R., Pavlova, I., Poposka, V. et al. (2018). Human hippocampal neurogenesis persists throughout aging. Cell Stem Cell, 22(4), 589-599. https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.03.015
- Eriksson, P. S., Perfilieva, E., Björk-Eriksson, T., Alborn, A. M., Nordborg, C., Peterson, D. A. et Gage, F. H. (1998). Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nature Medicine, 4(11), 1313-1317. https://doi.org/10.1038/3305
- Gould, E., Beylin, A., Tanapat, P., Reeves, A. et Shors, T. J. (1999). Learning enhances adult neurogenesis in the hippocampal formation. Nature Neuroscience, 2(3), 260-265.
- Kempermann, G., Gage, F. H., Aigner, L., Song, H., Curtis, M. A., Thuret, S. et al. (2018). Human adult neurogenesis: Evidence and remaining questions. Cell Stem Cell, 23(1), 25-30. https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.04.004
- Moreno-Jiménez, E. P., Flor-García, M., Terreros-Roncal, J., Rábano, A., Cafini, F., Pallas-Bazarra, N., Ávila, J. et Llorens-Martín, M. (2019). Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer’s disease. Nature Medicine, 25(4), 554-560. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0375-9
- Ramón y Cajal, S. (1894). The Croonian Lecture: La fine structure des centres nerveux. Proceedings of the Royal Society of London, 55.
- Ramón y Cajal, S. (1913-1914). Estudios sobre la degeneración y regeneración del sistema nervioso. Moya. Traduction anglaise : Degeneration and Regeneration of the Nervous System (R. M. May, trad.). Oxford University Press, 1928.
- Sorrells, S. F., Paredes, M. F., Cebrian-Silla, A., Sandoval, K., Qi, D., Kelley, K. W. et al. (2018). Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults. Nature, 555(7696), 377-381. https://doi.org/10.1038/nature25975
- Spalding, K. L., Bergmann, O., Alkass, K., Bernard, S., Salehpour, M., Huttner, H. B. et al. (2013). Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell, 153(6), 1219-1227. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.05.002
Vous voulez en savoir plus sur vous ?
Découvrez votre résultat avec l'un de nos tests associés.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que la neurogenèse ?
La formation de nouveaux neurones à partir de cellules précurseurs ou souches. Pendant une bonne partie du XXe siècle, on a cru que le cerveau adulte des mammifères ne pouvait pas produire de nouveaux neurones ; Joseph Altman l'a observé chez le rat dans les années soixante, et les travaux de Peter Eriksson en 1998 ont apporté la première preuve directe chez l'humain, dans l'hippocampe. L'ampleur de la neurogenèse chez l'humain adulte reste débattue.
Dans quelle partie du cerveau se produit-elle ?
Dans une région précise de l'hippocampe appelée gyrus denté, où des cellules précurseurs se divisent et migrent sur une courte distance à l'intérieur de cette même région, en se différenciant en nouveaux neurones qui établissent des connexions avec ceux qui existent déjà.
Qu'est-ce qui favorise la neurogenèse ?
Chez les animaux de laboratoire, l'apprentissage, l'exploration d'environnements riches en stimulations et l'exercice augmentent la formation de nouveaux neurones ou leur survie. Chez l'humain, ces effets sont beaucoup plus difficiles à mesurer et ne sont pas établis avec la même solidité.
Et qu'est-ce qui la réduit ?
Dans les études sur l'animal, le stress prolongé et le manque de stimulations agissent en sens inverse : ils diminuent à la fois la neurogenèse et la probabilité que les nouveaux neurones survivent.
Pourquoi certaines études affirment-elles qu'il n'y a pas de nouveaux neurones chez l'adulte ?
Parce que compter des neurones immatures dans du tissu humain dépend beaucoup de la méthode. Sorrells et ses collègues (2018) ne les ont pas détectés chez l'adulte ; Boldrini et ses collègues (2018) et Moreno-Jiménez et ses collègues (2019), si, ces derniers avec des échantillons traités dans des conditions très contrôlées. Le délai avant la fixation du tissu et les marqueurs utilisés expliquent une bonne partie de l'écart.
