Dans la construction du cerveau, l'épigenèse (théorie du développement embryonnaire par différenciations successives) a le dernier mot. Il existe également dans le système nerveux central adulte des possibilités de régénération et de plasticité. Découverts récemment, ces phénomènes semblent être, chez l'adulte, sous le contrôle de mécanismes multiples et complexes où les éléments inhibiteurs semblent prédominer, pour maintenir une certaine stabilité du système. Les avancées actuelles de la biologie moléculaire et de la modélisation théorique des systèmes devraient permettre de mieux comprendre ces phénomènes.

 

Les molécules intervenant dans le développement du cerveau

Au cours des années 1980, trois découvertes sont venues éclairer les mécanismes qui président au commencement et au développement des différentes étapes du programme: les facteurs de croissance, les molécules d'adhésion et les gènes homéotiques. C'est la combinaison de ces éléments et d'autres – qui restent probablement à découvrir – ainsi que leur enchaînement au cours du temps qui déterminent l'entrée dans chaque étape et sa réalisation.

 

Schématiquement, les gènes homéotiques constituent une famille présentant une séquence d'ADN commune, l'homéoboîte. L'activation de ces gènes va déterminer le devenir de la cellule, neurone ou cellule gliale, neurone du mésencéphale ou neurone du cortex cérébral, selon un programme, ou enchaînement, spécifique de l'espèce.

Les molécules d'adhésion vont permettre aux cellules de même nature de se reconnaître entre elles, de se regrouper et de délimiter des structures.

Enfin, les facteurs de croissance sont les molécules chimiques privilégiées de communication entre les cellules au cours du développement. Le rôle de ces molécules, présentes à un faible niveau dans le cerveau adulte, est mal connu mais pourrait être nécessaire à la survie de certains neurones.

 

Les mouvements animant les cellules cérébrales

Grâce à des marqueurs radioactifs telle la thymidine tritiée, le processus de mise en place des cellules cérébrales a pu être suivi. Les grands neurones qui envoient des prolongements à distance sont formés avant les petits. Dans le cortex cérébral, les premières cellules à arrêter leur division sont situées dans la couche la plus profonde, et plus les autres cellules l'arrêtent tardivement plus elles occupent des couches superficielles; il existe donc une phase de migration.

 

Au début des années 1970, P. Rakic a particulièrement bien décrit, pour le cortex cérébral, la séquence d'événements durant cette migration, et sa démonstration a depuis été étendue à l'ensemble du système nerveux. Comment un neurone «sait»-il se diriger et s'arrêter pour former un agrégat? Certaines cellules gliales spécialisées (glie radiaire) forment des sortes de rails qui guident les neurones vers leur place définitive. Chez des souris mutantes, où la glie radiaire dégénère précocement, la migration neuronale est anarchique.

Il existe, enfin, des périodes critiques pour la mise en place d'une connexion donnée. D. Hubel et T. Wiesel ont montré, par exemple, que les circuits qui permettent la vision dépendent étroitement de l'activité de l'œil pendant les premiers jours du nouveau-né. Une privation de lumière au cours de cette période provoque la perte de la capacité visuelle, alors même que la rétine et tout l'appareil perceptif sont intacts. La même privation quelques jours plus tard est sans effet, la période critique de stabilisation du circuit étant passée.

 

Le contrôle du milieu intérieur par le cerveau

L'une des fonctions essentielles du cerveau est le contrôle de la stabilité du milieu intérieur (maintien des volumes, régulation des composants), mais aussi de la stabilité de la température à 37 °C. L'homéostasie est ainsi contrôlée par une petite région située à la base du cerveau, l'hypothalamus, qui agit en liaison avec d'autres structures cérébrales, en particulier le système limbique et le cortex. Ayant sous sa dépendance les différentes fonctions endocrines et le système nerveux végétatif, l'hypothalamus agit directement pour maintenir constants les paramètres intérieurs. Son action est aussi indirecte, par l'intermédiaire des émotions et de conduites visant à la satisfaction de certains besoins.

 

 

Le rôle de l'hypothalamus

L'hypothalamus est lui-même un ensemble constitué de plusieurs amas de neurones, dont chacun est plus particulièrement responsable d'une fonction. Un premier ensemble de fonctions essentielles est le contrôle d'une petite glande appendue à la base du crâne: l'hypophyse. À travers elle, l'hypothalamus contrôle l'activité des différentes glandes endocrines, depuis la thyroïde jusqu'à la surrénale en passant par les glandes sexuelles, ovaires et testicules. Pour ce faire, l'hypothalamus communique par l'envoi de petits peptides, les «releasing factors», qui agissent sur l'un des huit types de cellules de la glande hypophysaire. Il contrôle également directement la réabsorption du sel par le rein grâce à la vasopressine que sa partie postérieure sécrète.