Notre « petit cerveau » élargi par l’évolution nous rend uniques

Illustration médicale précise du cervelet (petit cerveau en latin) en orange. Cérébelleux signifie « relatif au cervelet ». Au cœur du cervelet se trouvent quatre noyaux cérébelleux noyés dans la substance blanche. Les noyaux cérébelleux sont la seule source de sortie du « petit cerveau » ; ils reçoivent des entrées inhibitrices des cellules de Purkinje du cortex cérébelleux et des entrées excitatrices des voies des fibres moussues et des fibres grimpantes.

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De nouvelles recherches menées par l’université de Stanford identifient des façons uniques dont le « cervelet humain considérablement élargi » a évolué pour avoir des connexions cognitives robustes qui se projettent des noyaux cérébelleux vers le cortex frontal. « Chez l’homme, une facette reliant le cervelet au cortex frontal est renforcée », écrivent les auteurs. Cet article(Kebschull et al., 2020) a été publié le 18 décembre dans la revue Science.

Dans un article de Perspective intitulé« Adding Cognitive Connections to the Cerebellum« , Mary Hatten, de l’université Rockefeller, explique comment les cartes du cerveau incluant l’architecture du cervelet ont évolué au fil des siècles. « Bien que le cervelet ait été décrit pour la première fois au XVIIe siècle et que sa cytoarchitecture ait été cartographiée au début du XXe siècle, notre compréhension du rôle du cervelet évolue rapidement », écrit-elle. « On pensait initialement que le cervelet effectuait un simple contrôle moteur, mais on considère aujourd’hui qu’il joue un rôle dans des tâches cognitives complexes ».

M. Hatten note également qu’un nombre croissant de données fournit « un aperçu moléculaire des études émergentes montrant le rôle du cervelet dans les comportements cognitifs, y compris la modulation des circuits dopaminergiques de récompense, le langage et le comportement social ».

Le rôle du cervelet humain dans les fonctions non motrices et la cognition n’est connu de la plupart des neuroscientifiques que depuis la fin des années 1990, lorsque Jeremy Schmahmann, de la faculté de médecine de Harvard, a publié un article de référence(1998) dans la revue Brain. (Voir« Jeremy Schmahmann démêle la perplexité de notre cervelet« ).

Au cours des 20 dernières années, d’innombrables études ont réaffirmé l’importance cognitive de la connectivité cérébro-cérébelleuse. Pour illustrer l’importance des connexions neuronales entre le cervelet et les hémisphères cérébraux pour les fonctions cognitives, une étude(Travis et al., 2015) a montré que l’intégrité des voies de la substance blanche cérébelleuse était associée aux capacités de lecture chez les enfants et les adolescents.

Mais jusqu’à présent, les neuroscientifiques ne savaient pas exactement comment les noyaux du cervelet humain et ses connexions ascendantes avec les lobes frontaux avaient évolué de manière à nous rendre uniques parmi les vertébrés à mâchoires (et sans mâchoires).

Pour leur dernière étude, Justus Kebschull et ses collègues du laboratoire de Ligun Luo à Stanford ont posé la question suivante : « Comment les cerveaux complexes ont-ils évolué à partir de circuits simples ? Pour répondre à cette question, ils se sont concentrés sur l’évolution des noyaux cérébelleux chez les vertébrés, « de la souris à l’homme en passant par le poulet ».

Les noyaux du cervelet sont un centre de sortie puissant qui transfère les informations du cervelet vers d’autres régions du cerveau. Comme l’expliquent les auteurs : « Le cortex cérébelleux reçoit et traite les entrées et envoie les sorties aux noyaux cérébelleux, qui acheminent les résultats des calculs cérébelleux vers le reste du cerveau.

Chez la souris, le poulet et l’homme, les chercheurs ont utilisé une combinaison de cartographie de projection du cerveau entier et de la moelle épinière, de séquençage de l’ARN d’un seul noyau et de cartographie de lecture d’amplicon de transcription résolue dans l’espace pour analyser les noyaux cérébelleux de chaque espèce.

Comme le résume le titre de leur article, les chercheurs ont découvert que chez l’homme, « les noyaux cérébelleux ont évolué par duplication répétée d’un ensemble de types cellulaires conservés ». Ces résultats suggèrent que nos noyaux cérébelleux ont évolué en dupliquant des « sous-noyaux » d’amniotes contenant divers types de neurones excitateurs et inhibiteurs. « Ce schéma suggère que les noyaux cérébelleux actuels ont évolué à partir d’un seul noyau ancestral », notent les auteurs.

« Nous avons identifié un ensemble de types cellulaires conservés qui forme un noyau cérébelleux archétypal en tant qu’unité d’organisation et d’évolution des noyaux cérébelleux », concluent Kebschull et al. « Nous proposons que ce noyau archétypal ait été dupliqué à plusieurs reprises au cours de l’évolution, accompagné principalement d’une divergence transcriptomique des neurones excitateurs et de changements dans leurs schémas de projection ».

Note du blogueur: Au cours des dix dernières années, j’ai été à l’affût de nouvelles recherches de pointe qui nous permettent de mieux comprendre comment le cervelet et le cortex frontal humains fonctionnent ensemble ; j’ai fait de nombreux reportages sur ce sujet (voir ici, ici, ici, ici, ici, ici). (Les dernières découvertes de Kebschull et al. (2020) nous permettent de mieux comprendre comment nos noyaux cérébelleux ont évolué de manière à rendre extraordinaires les fonctions cérébrales de l’Homo sapiens.