Les fonctions cérébrales, à la fois mystérieuses et remarquables, reposent sur des milliards de cellules nerveuses et la communication interne entre elles. Les pensées, les opinions, les souvenirs, les comportements et les états d’âme naissent dans le cerveau. Le cerveau est le siège de la pensée et de l’intelligence et le centre de contrôle du corps tout entier. Il coordonne le mouvement, le toucher, l’odorat, le goût, l’audition et la vue. Il permet aux individus de prononcer des mots, de parler et de communiquer, de comprendre et d’utiliser des chiffres, de composer et d’apprécier la musique, de reconnaître et de comprendre les formes géométriques, de programmer et même d’imaginer et de rêver.
Le cerveau analyse tous les stimuli provenant des organes internes, de la surface corporelle, des yeux, des oreilles, du nez et de la bouche. Il réagit ensuite à ces stimuli en régulant les éléments suivants :
Position du corps
Mouvement des membres
Vitesse de fonctionnement des organes internes
Humeur
Structure cérébrale
Le cerveau est composé du télencéphale, du tronc cérébral et du cervelet. Chacune des moitiés du télencéphale (hémisphère) est subdivisée en lobes. |
Aucun ordinateur n’a encore réussi à approcher les capacités du cerveau humain. Mais cette sophistication a un prix. Le cerveau a besoin d’être constamment alimenté. Il demande une très grande quantité et un flux continu de sang et d’oxygène ; environ 25 % du flux sanguin provenant du cœur. La consommation énergétique globale du cerveau ne change pas beaucoup avec le temps, mais certaines régions du cerveau utilisent plus d’énergie pendant les périodes d’activité intense (par exemple, lorsque l’on essaie d’apprendre une nouvelle langue ou d’apprendre une nouvelle tâche comme le patinage sur glace). Une interruption du flux sanguin de plus de 10 secondes au niveau du cerveau peut provoquer une perte de connaissance.
Le manque d’oxygène ou un taux de glucose (glycémie) anormalement bas dans le sang peut provoquer une baisse d’énergie pour le cerveau et peut engendrer de graves lésions cérébrales en 4 minutes. Cependant, le cerveau est protégé par plusieurs mécanismes qui travaillent ensemble pour prévenir ces problèmes. Par exemple, lorsque le flux sanguin dans le cerveau diminue, le cerveau signale immédiatement au cœur de battre plus rapidement et plus fort pour fournir davantage de sang. Lorsque le taux de glucose sanguin diminue trop, le cerveau demande aux glandes surrénales de sécréter de l’adrénaline (épinéphrine), qui incite le foie à libérer les réserves de glucose.
Le saviez-vous ?
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La barrière hémato-encéphalique protège également le cerveau. Elle est constituée de cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins du cerveau. Ces cellules permettent à certaines substances d’atteindre le cerveau et de bloquer les autres. La barrière hémato-encéphalique est nécessaire, car dans le cerveau, contrairement à la majeure partie de l’organisme, les cellules qui forment les parois capillaires sont hermétiquement scellées, par exemple, pour le protéger des lésions causées par les toxines et les infections. (Les capillaires sont les plus petits vaisseaux de l’organisme où se produisent les échanges de substances nutritives et d’oxygène entre le sang et les tissus.) Comme la barrière hémato-encéphalique contrôle les substances qui peuvent pénétrer dans le cerveau, la pénicilline, de nombreux médicaments de chimiothérapie, certaines substances toxiques et la plupart des protéines ne peuvent pas pénétrer dans le cerveau. D’un autre côté, des substances comme l’alcool, la caféine, et la nicotine peuvent passer dans le cerveau. Certains médicaments, comme les antidépresseurs, sont conçus pour traverser cette barrière. Certaines substances nécessaires au cerveau, telles que le glucose et les acides aminés, ne traversent pas facilement la barrière entre le sang et le cerveau. Cependant, cette dernière possède des systèmes de transport qui permettent le passage de certaines substances vers les tissus du cerveau. En présence d’une inflammation cérébrale, comme cela peut être le cas lorsque les personnes ont certaines infections ou tumeurs, la barrière hémato-encéphalique devient poreuse (perméable). Lorsque la barrière hémato-encéphalique devient perméable, certaines substances (comme certains antibiotiques) qui normalement ne peuvent pénétrer dans le cerveau sont alors capables de le faire.
L’activité du cerveau résulte d’influx électriques produits par les cellules nerveuses (neurones) qui analysent et emmagasinent les informations. Les influx cheminent dans les fibres nerveuses du cerveau. L’intensité et le type de l’activité du cerveau, ainsi que la région où elle naît, dépendent du niveau de l’état de conscience de la personne et de son activité spécifique.
Le cerveau est constitué de trois parties principales :
Télencéphale
Tronc cérébral
Cervelet
Chaque partie (télencéphale, tronc cérébral et cervelet) se compose de plus petites régions, chacune avec des fonctions spécifiques.
Télencéphale
Le télencéphale, la partie la plus grosse du cerveau, est constitué comme suit :
Cortex cérébral : Cette couche de tissu à l’aspect sinueux forme la surface externe du télencéphale. Elle se compose d’une fine couche de substance grise, de 2 à 4 mm d’épaisseur environ. Chez l’adulte, ce dernier contient la plupart des cellules du système nerveux.
Substance blanche : La substance blanche se compose principalement de fibres nerveuses (axones) qui relient les cellules nerveuses les unes aux autres dans le cortex, ainsi qu’à d’autres parties du cerveau et de la moelle épinière. Elle contient également les cellules de soutien (oligodendrocytes) qui fabriquent la myéline pour les fibres des cellules nerveuses (afin d’accélérer la conduction des impulsions le long des fibres nerveuses). La substance blanche se situe sous le cortex.
Structures sous-corticales : Ces structures sont également situées sous le cortex, d’où leur nom. Elles comprennent les noyaux basaux, le thalamus, l’hypothalamus, l’hippocampe et le système limbique, qui inclut les amygdales, les connexions olfactives (structures permettant de transmettre les signaux de l’odorat) et des structures apparentées.
Le télencéphale est divisé en 2 : l’hémisphère droit et l’hémisphère gauche. Les hémisphères sont connectés par des fibres nerveuses qui forment un pont de substance blanche (appelé corps calleux) au milieu du cerveau. Chaque hémisphère est subdivisé en lobes :
Lobe frontal
Lobe pariétal
Lobe occipital
Lobe temporal
Chaque lobe a des fonctions spécifiques, mais pour la plupart des activités, plusieurs régions des différents lobes des deux hémisphères travaillent ensemble.
Les lobes frontaux ont les fonctions suivantes :
Initiation de nombreuses actions volontaires, comme regarder un objet d’intérêt, traverser la chaussée, relâcher la vessie pour uriner
Contrôle des capacités motrices acquises comme écrire, jouer d’un instrument de musique et faire ses lacets
Contrôle des processus intellectuels complexes, comme le langage, la pensée, la concentration, la résolution de problème, le jugement et la projection dans l’avenir
Contrôle des expressions du visage et des gestes des mains et des bras
Coordination des expressions et des gestes avec l’humeur et les sentiments
Des zones particulières des lobes frontaux contrôlent des mouvements spécifiques, en général du côté opposé de l’organisme. Chez la plupart des individus, le lobe frontal gauche contrôle une grande partie des fonctions impliquées dans l’usage du langage.
Les lobes pariétaux ont les fonctions suivantes :
Ils interprètent les informations sensorielles du reste de l’organisme
Ils contrôlent la position du corps et des membres
Ils associent les informations sur la forme, la structure et le poids aux perceptions générales
Ils influent sur les connaissances mathématiques et la compréhension du langage, comme le font les régions adjacentes des lobes temporaux
Ils accumulent les souvenirs spatiaux qui permettent aux individus de s’orienter dans l’espace (savoir où l’on est) et de conserver le sens de l’orientation (savoir où l’on va)
Ils analysent les informations qui permettent aux individus de percevoir la position des différentes parties de leur corps
Les lobes occipitaux ont les fonctions suivantes :
Ils traitent et interprètent la vision et identifient la forme des objets
Ils permettent aux individus de créer des souvenirs visuels
Ils intègrent des perceptions visuelles avec des informations spatiales fournies par les lobes pariétaux adjacents
Les lobes temporaux ont les fonctions suivantes :
Ils génèrent la mémoire et les émotions
Ils analysent les événements immédiats dans la mémoire à court terme et à long terme
Ils emmagasinent et rappellent les souvenirs à long terme
Ils permettent d’intégrer les sons et les images indispensables pour reconnaître les individus et les objets et faire interagir l’audition et le langage
Les structures sous-corticales incluent de grands ensembles de cellules nerveuses :
Les noyaux basaux coordonnent et harmonisent les mouvements.
Le thalamus organise, en général, les messages sensoriels à partir des niveaux supérieurs du cerveau (cortex cérébral) ou en direction de ceux-ci, et permet une prise de conscience des sensations, comme la douleur, le toucher et la température.
L’hypothalamus coordonne certaines fonctions plus automatiques de l’organisme, dont le contrôle du sommeil et de veille, le maintien de la température corporelle, la régulation de l’appétit et de la soif, ainsi que le contrôle de l’activité hormonale de l’hypophyse adjacent.
Le système limbique, une autre structure sous-corticale, se compose de structures et de fibres nerveuses situées en profondeur dans le télencéphale. Les parties du système limbique sont l’hypothalamus, l’amygdale, le thalamus, les corps mamillaires et l’hippocampe. Ce système connecte l’hypothalamus à d’autres régions des lobes frontaux et temporaux. Le système limbique contrôle la perception et l’expression des émotions, la motivation, la mémoire et l’apprentissage, ainsi que certaines fonctions corporelles automatiques. À travers les émotions (telles que la peur, la colère, le plaisir et la tristesse), le système limbique permet à une personne d’adopter un comportement qui lui permet de communiquer ou de survivre à des troubles physiques et psychologiques. L’hippocampe joue également un rôle dans la formation et la récupération des souvenirs. Ses connexions via le système limbique aident à relier les souvenirs aux émotions ressenties au moment de la formation des souvenirs. Le système limbique permet de se remémorer plus facilement les souvenirs qui ont une charge émotionnelle. Le système limbique joue également un rôle dans d’autres régions du cerveau, comme les noyaux basaux, qui contrôlent les mouvements volontaires des membres.
Tronc cérébral
Le tronc cérébral relie le télencéphale à la moelle épinière. Il contient un système de cellules et fibres nerveuses (formation réticulée), situé en profondeur dans la partie supérieure du tronc cérébral. Le système réticulé activateur contrôle les niveaux de conscience et de vigilance. Le tronc cérébral contient également un grand nombre des groupes de centres nerveux qui contrôlent les mouvements des yeux, du visage, de la mâchoire et de la langue, notamment la mastication et la déglutition.
Le tronc cérébral règle aussi de façon automatique les fonctions corporelles essentielles telles que la respiration, la tension artérielle et le rythme cardiaque, et il contribue à l’ajustement de la posture et de l’équilibre.
Lorsque tout le tronc cérébral est gravement lésé, on perd conscience et ces fonctions corporelles automatiques s’interrompent. Cela signifie que toute l’activité cérébrale est perdue. Cette perte est considérée comme une mort cérébrale. La mort survient rapidement.
En revanche, si le tronc cérébral reste intact, l’organisme peut rester en vie, même lorsque de graves lésions du télencéphale rendent l’éveil, la pensée et les mouvements impossibles.
Cervelet
Le cervelet, placé en dessous du télencéphale, juste au-dessus du tronc cérébral, coordonne les mouvements corporels. Grâce aux informations relatives à la position des membres reçues du cortex cérébral et des noyaux gris centraux, le cervelet confère précision et harmonie aux mouvements. Il ajuste en permanence le tonus musculaire et la posture.
Le cervelet interagit avec les régions du tronc cérébral, appelées noyaux vestibulaires, qui sont reliées aux organes de l’équilibre (canaux semi-circulaires) de l’oreille interne. Ensemble, ces structures confèrent le sens de l’équilibre, rendant possible la marche verticale.
Le cervelet emmagasine également les souvenirs des mouvements effectués, ce qui permet d’accomplir des gestes extrêmement coordonnés, tels que la pirouette du danseur qui requiert vitesse et équilibre. Le cervelet contribue aux fonctions de la pensée comme l’attention, le langage et l’émotion.
Méninges
Le cerveau et la moelle épinière sont recouverts par 3 membranes de tissu (méninges) qui les protègent :
La pie-mère est la fine membrane interne qui adhère au cerveau et à la moelle épinière.
L’arachnoïde, semblable à une délicate toile d’araignée, est la membrane intermédiaire.
Enfin, la dure-mère est la membrane la plus externe et la plus résistante.
L’espace entre l’arachnoïde et la pie-mère (espace sous-arachnoïdien) sert de canal pour le liquide céphalorachidien, qui contribue à la protection du cerveau et de la moelle épinière.
Le liquide céphalorachidien permet de protéger le cerveau en cas de secousses brusques ou de lésion mineure, et également d’éliminer les déchets du cerveau. Le liquide céphalorachidien est contenu dans un réseau d’espaces cérébraux appelés ventricules. Le liquide céphalorachidien est formé de cellules spécialisées qui recouvrent les ventricules. Il pénètre dans le cerveau le long de la surface des vaisseaux sanguins et s’écoule sur la surface du cerveau entre les méninges. Le liquide est capté par les cellules de soutien (cellules gliales) et distribué dans le cerveau, remplissant les espaces internes dans le cerveau (4 ventricules cérébraux). Puis, le liquide sort du cerveau pour pénétrer dans les vaisseaux sanguins du corps. Lorsque le liquide céphalorachidien circule dans le cerveau, il retire les protéines et autres déchets rejetés du tissu cérébral. Ce processus d’élimination se produit principalement lors du sommeil, ce qui met en avant l’importance du sommeil.
Le cerveau et ses méninges sont contenus dans une structure osseuse protectrice et résistante, le crâne. La moelle épinière se relie au cerveau à la base du tronc cérébral.
Tissus recouvrant le cerveau
À l’intérieur de la boîte crânienne, le cerveau est recouvert de trois couches de tissus appelés méninges :
Entre la membrane arachnoïde et la pie-mère se trouve l’espace sous-arachnoïdien. Cet espace renferme le liquide céphalorachidien, qui circule entre les méninges, remplit les espaces situés dans le cerveau, et amortit les chocs au niveau du cerveau et de la moelle épinière. |
