La musique dans votre cerveau

« La musique peut changer le monde parce qu’elle peut changer les gens.–Bono

Le cerveau s’adapte. Ce qui n’est pas utilisé est perdu, et ce qui est utilisé en permanence est renforcé. Si un doigt ou un membre entier est enlevé, la partie du cerveau chargée d’interpréter les informations sensorielles se rétrécit et est remplacée par les régions responsables des parties intactes du corps. Si la stimulation tactile augmente – par exemple, si le bout de vos doigts est constamment sollicité – les zones corticales correspondantes s’étendent.

En 1995, Thomas Elbert, qui travaillait à l’université de Constance en Allemagne, a mené une expérience qui appliquait ce principe d’adaptabilité au cerveau des musiciens. Étant donné que les musiciens, comme les violonistes, doivent faire preuve d’une grande dextérité manuelle et qu’ils utilisent constamment leurs doigts pour appuyer sur les cordes de leur instrument, Elbert s’est demandé si les régions cérébrales associées à ces zones seraient différentes. Recrutant neuf personnes jouant du violon, du violoncelle ou de la guitare, les chercheurs ont utilisé l’imagerie magnétique pour scanner leur cerveau.

Par rapport aux non-musiciens, les scanners suggèrent que de plus grandes portions du cortex sont consacrées aux doigts des musiciens. En outre, plus le musicien avait commencé à jouer tôt dans sa vie, plus son cerveau avait changé. Elbert a été le premier à montrer que le cerveau des musiciens était différent de celui des non-musiciens.

La musique est synonyme d’expérience humaine. Nous organisons les sons pour décorer le silence de nos vies. La musique nous rassemble, nous aide à apprendre et nous divertit tout au long de la journée.

Nous utilisons la musique pour déclencher des changements sociétaux – le puissant et poétique « The Times They Are a-Changin » de Bob Dylan est devenu l’hymne du mouvement des droits civiques dans les années 1960, et Live Aid a attiré l’attention et les fonds de millions de personnes pour venir en aide à la famine en Éthiopie. Nous utilisons la musique pour changer d’état d’esprit : une playlist entraînante avant une séance d’entraînement ou une sonate apaisante pour décompresser. Compte tenu de l’omniprésence de la musique, sa capacité d’influence n’est peut-être pas surprenante.

Dans les décennies qui ont suivi l’article d’Elbert de 1995, des dizaines d’études ont été publiées dans divers domaines des neurosciences, toutes démontrant la capacité apparemment puissante de la musique à provoquer des changements dans le cerveau. Les scientifiques qui s’intéressent à la structure ont constaté des changements dans les régions du cerveau responsables de l’initiation et de la coordination des mouvements, dans les régions utilisées pour le traitement des informations visuelles et auditives, et dans celles qui transportent les informations vers et depuis le cortex et entre les deux hémisphères cérébraux. Ceux qui s’intéressent aux fonctions cérébrales ont observé des changements dans les régions du cerveau associées à la reconnaissance et à la réponse à de nouveaux schémas temporels et à des stimuli vocaux et musicaux. Les chercheurs qui s’intéressent à la cognition – ledomaine des neurosciences qui s’intéresse aux processus mentaux impliqués dans l’acquisition de connaissances et la compréhension – ont établi un lien entre l’écoute de musique et l’augmentation du traitement visuel, de l’attention et de la mémoire visuelle et verbale.

À l’instar d’Elbert, nombre de ces études font état d’un point névralgique du développement. En d’autres termes, plus on commence tôt à jouer d’un instrument, plus le cerveau se modifie.

Malgré l’élargissement de la base de connaissances, de nombreux aspects du lien entre la pratique d’un instrument de musique et les modifications cérébrales n’en sont qu’à leurs balbutiements. L’une d’entre elles est le lien de causalité. Les personnes dont le cerveau est sujet à des modifications structurelles et fonctionnelles sont-elles attirées par la pratique d’un instrument ? Ou bien la pratique seule suffit-elle à produire un effet ?

Une autre idée est celle du « point chaud » du développement. Que se passe-t-il si une personne de 30 ans se met à jouer de la guitare ou à apprendre le piano ? Qu’en est-il d’une personne de 40 ans ? Cinquante ans ? Et pour ceux d’entre nous qui s’intéressent à la science fondamentale, comment tout cela se produit-il ? Quelle est la biologie sous-jacente à ces changements structurels, fonctionnels et cognitifs ?

Les docteurs Orjan de Manzano et Fredrik Ullen, de l’Institut Karolinska en Suède, ont commencé à décrypter la question du lien de causalité en étudiant des jumeaux identiques. Les jumeaux partagent 100 % de leur code génétique. Et comme ils grandissent souvent ensemble, ils sont exposés à des facteurs externes similaires. Dans une certaine mesure, les études sur les jumeaux permettent d’exclure les dispositions génétiques et environnementales qui pourraient expliquer les différences entre deux populations. Du moins, plus que la comparaison de deux personnes ayant un ADN différent mais ayant grandi dans des environnements différents.

De Manzano et Ullen ont recruté 18 personnes, dont neuf jumeaux, au sein d’un groupe plus important. Dans chaque paire, l’un jouait du piano et l’autre non. Les cerveaux des jumeaux ont été imagés, en se concentrant sur les régions connues pour être modifiées par la pratique musicale (par exemple, le cortex, le cervelet et la matière blanche). L’analyse a révélé des changements significatifs dans les régions du cerveau des jumeaux qui étaient musicalement actifs. Comme l’indiquent les auteurs, « ces résultats apportent pour la première fois la preuve qu’une part importante des différences d’anatomie cérébrale entre les experts et les non-experts dépend des effets causaux de la formation ».

Les recherches en cours de développement présentées à la conférence Cognomics 2019 par Manal Alosaimi – actuellement doctorante à l’université de Liverpool au Royaume-Uni – suggèrent que les changements structurels du cerveau ne sont pas limités à un certain stade de la vie. Quinze hommes et femmes âgés de 20 à 57 ans ont participé à une étude au cours de laquelle ils ont appris à jouer de la batterie. Aucun des volontaires n’avait d’expérience préalable de la batterie.

Pendant six mois, les participants ont suivi les cours d’un professeur de musique professionnel et ont été encouragés à s’entraîner quotidiennement. Les performances et les progrès en matière de batterie ont été suivis tout au long de l’étude, et le cerveau des participants a été scanné entre huit et treize fois tout au long du processus. L’étude a utilisé un modèle intra-patient comparant les changements dans certaines régions du cerveau de chaque participant par rapport à la ligne de base (scans du cerveau effectués avant le début des cours de musique). L’analyse des images a permis d’identifier des changements dans les voies de la matière blanche frontale inférieure et temporale supérieure.

Cette étude est toujours en cours. Il sera intéressant de voir comment elle progressera et résistera à l’examen minutieux des pairs. Elle pourrait bénéficier d’un bras de contrôle (qu’il s’agisse de participants scannés aux mêmes intervalles qui n’apprennent pas une tâche complexe ou d’un groupe apprenant une tâche complexe qui n’est pas de la musique). Il serait également intéressant de procéder à une sous-analyse des participants afin de déterminer comment les changements dans la structure de la matière blanche sont affectés par l’âge. Y a-t-il autant de changements chez les participants qui apprennent à jouer de la batterie à 57 ans que chez ceux qui ont 20 ans ?

Les modifications de la structure cérébrale peuvent, du moins en partie, être dues à une protéine bien connue, le facteur neurotrophique dérivé du cerveau(BDNF). Le BDNF a été isolé pour la première fois dans du cerveau de porc en 1989 par Yves-Alain Barde et Hans Thoenen à l’Institut Max Planck en Allemagne. Dès sa découverte, la similitude du BDNF avec le facteur de croissance cérébrale prototypique – le facteur de croissance nerveuse ou NGF – a été remarquée. Le NGF est principalement impliqué dans la croissance, le maintien, la prolifération et la survie de certains neurones cibles, tandis que le BDNF intervient dans le développement des neurones et des cellules gliales, la neuroprotection et la modulation des interactions synaptiques à court et à long terme (deux éléments essentiels à la cognition et à la mémoire).

Les niveaux de BDNF sont plus élevés chez les personnes qui pratiquent la musique. Le Dr Alessandro Minutillo, du département des neurosciences et de la santé mentale en Italie, a recruté 48 volontaires en bonne santé, tous appariés selon l’âge et le sexe. Pour être considérés comme des musiciens, les participants devaient être titulaires d’un diplôme de musique (voix ou instrument) et pratiquer au moins trois heures par semaine depuis au moins cinq ans. Les niveaux de BDNF plasmatique ont été mesurés dans les deux groupes participant à l’étude.

Le BDNF est libéré par les neurones en réponse à l’activité neuronale. Lorsqu’un neurone d’un circuit est activé, il crache du BDNF dans l’espace extracellulaire. Ce faisant, il renforce sa propre activité. Seul, le BDNF n’est rien. Mais associé au bon récepteur, il déclenche des événements cellulaires complexes qui aboutissent finalement à des changements structurels, fonctionnels et cognitifs dans le cerveau.

Le BDNF agit par l’intermédiaire de récepteurs de la famille des tyrosines kinases, principalement le TrĸB (prononcé « piste B »). Les cellules affectées par le BDNF dépendent des cellules exprimant le TrĸB. Les neurones exprimant TrĸB répondent en remodelant ou en stabilisant la synapse (la connexion entre deux neurones), ce qui favorise la possibilité de nouvelles connexions et le renforcement des connexions existantes.

Les oligodendrocytes – les cellules productrices de myéline du cerveau – réagissent en mûrissant le long de leur lignée pour produire davantage de myéline. La myéline s’enroule sur la longueur de la fibre nerveuse et modifie la vitesse de transmission des signaux, ce qui permet d’affiner la synchronisation du réseau. Une plus grande quantité d’oligodendrocytes permet également aux neurones de maintenir un niveau d’activité plus élevé. Le remodelage de la myéline par le BDNF pourrait être à l’origine de certaines des modifications de la substance blanche observées dans le corps calleux et dans les voies de la substance blanche frontale inférieure et temporale supérieure.

La musique est puissante. Elle nous change à court terme. Elle nous change au fil du temps. Quel que soit votre âge, j’espère que vous n’hésiterez pas à prendre un instrument et à essayer de l’apprendre. Qu’il soit bon ou mauvais, le monde pourrait bénéficier d’une plus grande décoration sonore.