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Matière blanche: les autoroutes flexibles mais sous-estimées du cerveau

Historiquement, la matière grise était généralement considérée comme le broyeur d’organes du cerveau, et la matière blanche n’était que le singe. Mais au cours des dernières années, il est devenu clair que le singe est tout aussi important que son maître.

Coupe transversale du cerveau et du câblage

Notre matière grise délicieusement pliée a longtemps été le poney du cerveau; il s’agit du nombre élevé de personnes sur lesquelles nous comptons pour donner un sens au monde. La matière blanche, pensait-on, remplit simplement la tâche de relayer les messages, comme un tout petit peu plus qu’une collection de fils passifs.

Bien qu’il y ait une part de vérité dans cette division du travail, la matière blanche est un très mauvais service. Au fur et à mesure que les connaissances scientifiques se développent, l’importance de la matière blanche est mise en évidence. Cette autoroute de l’information neurale est maintenant connue pour être impliquée dans une variété de conditions et de maladies et jouer un rôle vital dans la fonction cérébrale, l’apprentissage et la coordination des centres cérébraux lointains.

Qu’est-ce que la matière blanche?

La matière blanche constitue la majeure partie des parties profondes du cerveau. Contrairement à la matière grise, qui culmine à l’âge de 11 ou 12 ans, la matière blanche continue de se développer jusqu’à nos 20 ans (et peut-être, de façon plus subtile, jusqu’à la cinquantaine).

Il se compose de faisceaux d’axones, ou tracts, qui sont les projections longues et minces des cellules nerveuses. Comme son nom l’indique, la matière blanche est plus blanche que la matière grise et sa fameuse blancheur est due à un revêtement cireux appelé myéline, que l’on trouve sur chacun des axones.

Axon myélinisé gif. Crédit: Dr Jana

La myéline recouvre la surface de toutes les cellules nerveuses, laissant de petits espaces – également connus sous le nom de nœuds de Ranvier – à tous les millimètres près.

Dans les nerfs myélinisés, plutôt que d’une impulsion se déplaçant le long de la cellule comme il le fait dans la matière grise, il peut sauter de nœud en nœud, en augmentant la vitesse de conduction.

En tant que principal service de messagerie du cerveau, la myélinisation permet à la matière blanche de transmettre des notes entre des régions éloignées à une vitesse vertigineuse.

En fait, les nerfs myélinisés peuvent transporter des impulsions jusqu’à 100 fois plus vite que les fibres non myélinisées.

Dans le cerveau, la myéline est déposée par des cellules appelées oligodendrocytes. À la naissance, la couverture de la myéline est relativement clairsemée; la myélinisation se déplace en une vague, en recouvrant d’abord la substance blanche dans le cortex cérébral le plus proche de la nuque et en progressant progressivement vers l’avant, recouvrant finalement les lobes frontaux de notre milieu à la fin de la vingtaine.

Les lobes frontaux sont importants pour la planification, le raisonnement et le jugement. Certains scientifiques émettent l’hypothèse que la myélinisation limitée de ces zones chez les jeunes pourrait expliquer l’incapacité des adolescents à prendre des décisions appropriées pour les adultes.

Au fur et à mesure que l’intérêt scientifique s’est porté sur la matière blanche, il est devenu clair qu’elle est loin d’être un morceau de câblage passif; il est dynamique – son volume augmente et rétrécit avec l’expérience, il traite l’information – pas simplement en passant des données entre les points.

La substance blanche dans la maladie psychiatrique

Certaines conditions ont longtemps été associées à des dommages à la gaine de myéline. Par exemple, les systèmes immunitaires des personnes atteintes du syndrome de Guillain-Barré et de la sclérose en plaques attaquent la myéline, provoquant une faiblesse qui s’aggrave progressivement et qui peut aboutir à une paralysie.

Mais plus récemment, les changements dans la myéline ont été associés à un certain nombre de troubles psychiatriques tels que la schizophrénie, la dépression majeure, l’autisme, le stress post-traumatique, la maladie d’Alzheimer, la dyslexie, le trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité et le syndrome de Tourette. . La matière blanche a même été impliquée dans le bégaiement et la surdité.

L’une des affections psychiatriques les plus étudiées par rapport à la substance blanche est la schizophrénie. Une étude qui a étudié 6000 gènes dans le cortex préfrontal des cerveaux schizophréniques a fourni des preuves accablantes: sur les 89 gènes trouvés anormalement régulés, 35 étaient impliqués dans la myélinisation.

D’autres études ont porté sur la substance blanche post-mortem, certaines présentant des anomalies dans les voies de la substance blanche et une diminution du nombre d’oligodendrocytes dans certaines régions du cerveau.

En fait, plus récemment, il a été démontré que les voies de la substance blanche à travers la majorité du cerveau sont perturbées dans la schizophrénie.

La schizophrénie tend à se développer pendant l’adolescence, un temps où le cerveau antérieur reçoit finalement son revêtement de myéline. Certains scientifiques croient que cela pourrait être plus qu’une coïncidence.

Si ces changements sont la cause de la condition ou une conséquence de la fonction cérébrale anormale doit encore être compris, mais il est probablement un chemin à double sens entrelacés. La preuve en est venue dans un article publié en 2007 par le Dr Gabriel Corfas. Il a montré que perturber le contrôle génétique des oligodendrocytes pourrait produire des changements comportementaux frappants similaires à ceux observés dans la schizophrénie.

Regarder la matière blanche

Une procédure d’imagerie appelée imagerie du tenseur de diffusion (DTI), qui est basée sur la technologie IRM, représente le mouvement relatif de l’eau dans les tissus. Il peut être utilisé pour observer la matière blanche.

Matière blanche - Crédit d'image - Thomas Schultz

DTI est basé sur le principe que, dans le tissu cérébral normal, l’eau est également susceptible de voyager dans n’importe quelle direction.

Cependant, dans les régions qui sont orientées parallèlement et couvertes de myéline, il est plus probable qu’elles se déplacent le long d’elles plutôt que d’un côté à l’autre.

Avec cette technologie, la microstructure de la matière blanche peut être visualisée; des fibres plus serrées avec des couches de myéline plus épaisses donnent des signaux DTI plus forts. Cette technologie relativement nouvelle a été utilisée pour rechercher des liens entre la substance blanche et les résultats cognitifs.

Une étude, par exemple, a trouvé une relation entre la structure de la substance blanche et le QI, dont les auteurs ont conclu que «la fonction cognitive est corrélée à une plus grande organisation des fibres». De même, d’autres scientifiques ont trouvé des liens entre la qualité de la matière blanche dans le cerveau d’un adulte et leur capacité de lecture.

Les chercheurs ont également démontré que l’utilisation de notre cerveau d’une manière spécifique peut changer la structure de la matière blanche. Par exemple, une expérience a montré que la pratique régulière d’un instrument de musique augmente le niveau d’organisation de la matière blanche dans les domaines importants pour la performance musicale. Les chercheurs ont montré que la quantité de changement était proportionnelle au nombre d’heures que l’individu pratiquait. Plus vous travaillez, plus la matière blanche est modifiée.

Comment la myélinisation s’inscrit dans l’histoire

Chez les animaux qui peuvent marcher et se nourrir très rapidement après leur naissance – comme les chevaux et les souris – la myélinisation est presque complète à la naissance. Cependant, comme mentionné ci-dessus, la myélinisation chez l’homme se poursuit dans nos 20 ou 30 ans. Le fait que cela prenne autant de temps est une bonne idée qu’il s’agit plus que d’un rôle isolant.

L’allongement de la durée de la myélinisation chez l’homme s’aligne sur la même période où le cortex cérébral humain subit une énorme restructuration des connexions synaptiques. Ce remodelage est censé modifier le cerveau selon l’expérience. Pour cette raison, certains chercheurs croient que la myéline, et donc la substance blanche, joue un rôle dans la formation du cerveau à travers nos expériences au fur et à mesure que nous nous développons.

Cette théorie est vraie dans toute une gamme d’études animales. Par exemple, une étude sur les campagnols des prairies d’Alaska a révélé que la myélinisation dans le cerveau est régulée par des changements saisonniers de la durée du jour. Les animaux qui ont été gardés dans un environnement avec des jours constamment longs avaient plus de volume de matière blanche.

Chez les rats, le stress des 6 derniers jours de la grossesse entraîne une augmentation de la myélinisation chez la progéniture au cours des 2 à 3 premières semaines de la vie, les taux revenant à la normale au 40e jour.

Inversement, une expérience plus agréable peut également modifier la structure de la matière blanche. Oligodendrocytes augmentation du nombre dans le cortex visuel des rats qui sont élevés dans des environnements enrichis, y compris l’interaction sociale et des choses à jouer avec.

Certaines études chez l’homme ont également trouvé une interaction entre l’expérience précoce et le volume de la substance blanche. Une étude publiée a comparé le cerveau d’enfants qui avaient été abusés ou négligés avec le cerveau d’enfants qui ne l’avaient pas été.

Le corpus callosum – c’est-à-dire la plus grande structure de la substance blanche dans le cerveau, qui relie les hémisphères cérébraux gauche et droit – a été retrouvé plus petit de 17% chez ceux qui avaient été abusés.

Pourquoi le pelage cireux est-il si important?

En bref, nous n’avons pas la réponse complète à cette question, mais il y a des pistes intéressantes à choisir.

La synchronie de la matière grise est importante pour le développement neuronal et l’apprentissage. Le proverbe dit: « Les neurones qui tirent ensemble, filent ensemble. » En d’autres termes, les neurones qui tirent en synchronisme sont plus susceptibles de se connecter en permanence; les nerfs qui tirent ensemble sont considérés comme importants et seront renforcés et préservés.

Axone myélinisé. Crédit d'image Roadnottaken

Maintenant, si deux nerfs qui travaillent ensemble viennent de distances différentes et sont identiques, les signaux n’arriveront pas ensemble; pour coordonner le tir, l’un des axones doit être accéléré ou ralenti.

La précision en millisecondes est vitale.

Lorsque nous effectuons une tâche complexe, comme jouer un instrument, l’information est envoyée à partir d’une gamme de centres cérébraux et circule dans les deux sens. Synchrony est un must, et le simple fait de tirer des messages à la plus grande vitesse possible ne serait pas une solution viable.

Au fur et à mesure que de nouvelles découvertes montent, il semble évident que la myéline joue un rôle clé dans le développement de la synchronie, et qu’elle peut modifier la vitesse de conduction de la substance blanche de plusieurs façons.

Par exemple, la myéline peut physiquement changer le diamètre de l’axone (les nerfs plus larges transmettent les signaux plus rapidement). En outre, les oligodendrocytes peuvent modifier le nombre de feuilles de myéline qu’ils déposent, qui peuvent atteindre 150 feuilles par fibre, modifiant à nouveau la vitesse de conduction. De plus, en modifiant le nombre ou l’espacement des nœuds de Ranvier, les vitesses peuvent être modifiées, avec plus de nœuds plus rapprochés ralentissant les impulsions.

Nous commençons tout juste à ébrécher les mécanismes de l’influence de la substance blanche sur la fonction cognitive, mais déjà, des avenues potentielles s’ouvrent.

La matière blanche est aussi partie intégrante de la fonction cérébrale que son voisin gris; c’est dynamique, impliqué dans l’apprentissage, et nous aide à établir des compétences et des souvenirs. Il ne fait aucun doute qu’à mesure que la recherche se poursuit et que l’image se précise, l’importance de la myéline et de la substance blanche continuera d’augmenter.

La matière blanche a vraiment de l’importance.

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