Qu'est-ce que la plasticité neuronale ?

Pendant une bonne partie du XXe siècle, la science décrivait le système nerveux comme une structure pratiquement fixe une fois la maturation du cerveau achevée : rigide, inaltérable, avec une architecture stable pour toute la vie.

Si c’était entièrement vrai, il serait très difficile d’expliquer quelque chose d’aussi quotidien qu’une personne qui apprend à jouer d’un instrument à quarante ans ou qui se rétablit, même partiellement, après une lésion cérébrale.

Les preuves accumulées depuis pointent vers une réalité bien différente, résumée dans un concept : la plasticité neuronale, la capacité du système nerveux à se modifier lui-même en réponse à l’expérience.

Apprendre, c’est littéralement changer le cerveau

Le biologiste James Zull le formule sans détour : l’apprentissage a à voir avec le changement et, en même temps, est changement.

Si l’on comprend l’apprentissage comme une modification durable du comportement, il est logique qu’il s’accompagne de changements fonctionnels et structurels réels dans le cerveau. Une classification courante en distingue trois types :

• Changements morphologiques : croissance de nouvelles terminaisons, de boutons synaptiques et d’épines dendritiques.
• Changements moléculaires : modifications des protéines des membranes neuronales, qui altèrent la façon dont chaque neurone répond à l’activité des autres.
• Changements neurochimiques : ajustements dans la synthèse et la libération de neurotransmetteurs, qui peuvent augmenter ou réduire l’efficacité d’une connexion précise selon son usage.

La règle de Hebb

En 1949, le psychologue canadien Donald Hebb a proposé une idée qui allait devenir l’un des principes les plus cités de la neuroscience : la mémoire doit reposer sur un changement structurel permanent du cerveau, obtenu en modifiant l’efficacité de synapses déjà existantes, pas nécessairement en créant des connexions à partir de zéro.

Plus une connexion précise entre deux neurones est utilisée, plus cette communication devient efficace. La neurobiologiste Carla Shatz l’a condensé en 1992, dans un article de vulgarisation sur le développement du cerveau, en une phrase restée synonyme de la plasticité :

Les neurones qui s’activent ensemble se connectent entre eux.

La première preuve physiologique directe d’un tel mécanisme est arrivée en 1973. Timothy Bliss et Terje Lømo ont stimulé, par des trains d’impulsions à haute fréquence, une voie nerveuse qui aboutit à l’hippocampe de lapins anesthésiés, et ont observé que la réponse des neurones récepteurs restait renforcée pendant des heures. Ils l’ont appelée potentialisation à long terme (LTP), et elle demeure le modèle cellulaire de l’apprentissage le plus étudié.

La plasticité neuronale n’est donc pas une métaphore : c’est un changement physique vérifiable de l’efficacité et de la structure des connexions.

À quel point vous vous impliquez activement dans ce que vous étudiez, et pas seulement le temps que vous y consacrez, c’est ce qui distingue notre test sur l’apprentissage en profondeur ou en surface.

Pourquoi certains souvenirs se fixent et d’autres se perdent

La plasticité neuronale explique aussi pourquoi tout ce que vous apprenez ne reste pas gravé avec la même solidité.

La mémoire à court terme s’appuie sur des circuits de neurones qui ne restent actifs que quelques secondes ; si cette information n’est pas transférée vers un stockage plus durable, elle se perd sans laisser de trace permanente.

La mémoire à long terme, en revanche, exige des changements bien plus profonds : synthèse de nouvelles protéines et modifications structurelles permanentes des connexions synaptiques.

Ce processus de consolidation n’est pas instantané. Il demande du temps (de quelques minutes à quelques heures dans sa phase initiale), un intervalle pendant lequel il peut être interrompu par des événements comme un traumatisme, une décharge électrique ou l’alcool. C’est pourquoi on perd parfois le souvenir des minutes juste avant un choc ou une frayeur intense, tandis que des souvenirs plus anciens, déjà consolidés, restent intacts.

Un changement qui ne dépend pas de la création de nouveaux neurones

Une précision s’impose : la plasticité neuronale ne consiste pas, la plupart du temps, à fabriquer de nouveaux neurones à partir de zéro, mais à modifier les connexions entre ceux qui existent déjà.

La nuance compte, car elle sépare deux phénomènes liés mais distincts. La neurogenèse est l’apparition de nouveaux neurones ; dans le cerveau humain adulte, elle se limiterait à des régions très précises comme l’hippocampe, et sa portée réelle reste débattue. La plasticité synaptique est le renforcement ou l’affaiblissement des connexions entre neurones déjà existants, et elle se produit dans tout le cerveau et tout au long de la vie.

Presque tout ce que vous apprenez au quotidien, d’un mot nouveau à une habileté manuelle, s’appuie surtout sur le second mécanisme, bien plus répandu que le premier.

La plasticité observée dans des cerveaux adultes

Deux études de neuroimagerie sont devenues les exemples classiques montrant que l’expérience modifie la structure du cerveau adulte, et pas seulement celle de l’enfant.

Eleanor Maguire et son équipe (2000) ont comparé les IRM de chauffeurs de taxi londoniens, qui doivent mémoriser le labyrinthe des rues de la ville pour obtenir leur licence, avec celles de personnes qui ne conduisaient pas de taxi. La partie postérieure de l’hippocampe, impliquée dans la mémoire spatiale, était plus volumineuse chez les chauffeurs, et son volume augmentait avec les années de métier ; la partie antérieure, elle, était un peu plus petite. L’étude étant transversale, elle ne prouve pas à elle seule le sens de la causalité, mais la corrélation avec les années d’expérience suggère un changement induit par l’usage.

Draganski et al. (2004) ont franchi le pas expérimental : ils ont appris à jongler à des adultes qui ne savaient pas le faire et ont observé, après quelques mois de pratique, une augmentation de la matière grise dans des zones du cortex impliquées dans le traitement du mouvement visuel, augmentation qui diminuait à nouveau quand ils cessaient de pratiquer.

Voilà pourquoi l’idée d’apprendre en pratiquant, associée au style kinesthésique, repose sur une base biologique valable pour tout le monde et non pour un « type » d’apprenant : la pratique soutenue laisse une trace physique, et cette trace s’estompe aussi avec l’inactivité.

Sources

• Bliss, T. V. P. et Lømo, T. (1973). Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. The Journal of Physiology, 232(2), 331-356. doi:10.1113/jphysiol.1973.sp010273
• Draganski, B., Gaser, C., Busch, V., Schuierer, G., Bogdahn, U. et May, A. (2004). Neuroplasticity: Changes in grey matter induced by training. Nature, 427(6972), 311-312. doi:10.1038/427311a
• Hebb, D. O. (1949). The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory. Wiley.
• Maguire, E. A., Gadian, D. G., Johnsrude, I. S., Good, C. D., Ashburner, J., Frackowiak, R. S. J. et Frith, C. D. (2000). Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97(8), 4398-4403. doi:10.1073/pnas.070039597
• Shatz, C. J. (1992). The developing brain. Scientific American, 267(3), 60-67. doi:10.1038/scientificamerican0992-60
• Zull, J. E. (2002). The Art of Changing the Brain: Enriching Teaching by Exploring the Biology of Learning. Stylus.