Le batteur Rick Allen a surmonté l'amputation d'un de ses bras. Matt Becker / météorologue / wikipedia, CC BY-SA

Comprendre comment fonctionne le cerveau humain est l'un des objectifs les plus importants de la science. Et l'une des premières étapes pour découvrir ses secrets consiste à déterminer comment le cerveau est réellement organisé. Notre point de vue actuel remonte à travail de pionnier par le neurochirurgien Wilder Penfield dans les 1940, qui a établi le lien entre l'organisation du cerveau et notre capacité à faire fonctionner notre corps.

Penfield électriquement stimulé certaines zones du cerveau de ses patients et a remarqué qu'ils ont déplacé involontairement, ou rapporté des sensations de certaines parties de leur corps en réponse. Ce fut le fondement de l'idée que le cerveau contient une carte du corps, dans laquelle différentes régions contrôlent différentes parties du corps. Mais maintenant, près de 80 des années plus tard, une nouvelle étude suggère une idée alternative.

Il y a plusieurs façons d'étudier le lien entre l'organisation du cerveau et sa fonction. L'un est en observant la réponse du cerveau à un changement physique profond, comme perdre une partie du corps ou être né sans un. Par exemple, qu'advient-il de la région du cerveau contrôlant la main une fois que la main n'existe plus?

Lorsque les scientifiques ont commencé à explorer cette question, ils ont observé que la zone du cerveau qui représentait autrefois la main était "repris " par les régions voisines dans le cerveau. De cette façon, le cerveau se réorganiserait à travers une bataille pour le territoire du cerveau, avec le région voisine gagnante revendiquant la zone pour son propre but fonctionnel.

De même, le cortex inoccupé chez les personnes nées sans main, où l'apport sensoriel n'a pas été perdu, mais qui n'a jamais réellement existé en premier lieu, est recruté pour représenter le bras résiduel d'un individu. Ces ressources cérébrales supplémentaires ont été suggérées pour permettre aux personnes utilisant une main d'utiliser leur bras résiduel afin de remplacer la fonction de main manquante.

Toutefois, malgré la nouvelle étude par mes collègues, publié dans Current Biology, suggère qu'un seul utilisateur utilise une gamme de stratégies créatives pour accomplir des tâches quotidiennes complexes - impliquant des parties du corps contrôlées par des zones cérébrales qui sont loin du territoire manquant (voir l'image). Cela les a amenés à se demander si la réorganisation du cerveau est vraiment déterminée par les relations de voisinage dans le cerveau.

L'expérience

Les scientifiques ont étudié les personnes 17 nées avec une seule main et les personnes 24 avec deux mains. Les participants ont été invités à effectuer des tâches dans le laboratoire, de l'emballage d'un cadeau à l'ouverture d'une bouteille ou au pliage du linge. Ces devoirs apparemment banals exigent en réalité une immense coordination entre nos deux mains, et posent donc des défis permanents aux personnes qui n'ont qu'une seule main. Les mancheurs ont accompli avec succès les tâches en utilisant un répertoire diversifié de stratégies compensatoires, allant de l'utilisation de leurs jambes, de leurs lèvres, de leur prothèse ou de leurs bras résiduels pour effectuer les tâches qui impliquent normalement deux mains.

Puisque ces actes incluaient des parties du corps qui ne sont pas toutes contrôlées par des zones proches de celle qui contrôle la main manquante, les scientifiques voulaient savoir ce qui se passe dans le cerveau de ces personnes remarquables. Ils ont demandé aux participants d'effectuer des mouvements simples avec ces différentes parties du corps et de suivre leur activité cérébrale.

Les IRM fonctionnelles ont révélé que les représentations des différentes parties du corps utilisées pour remplacer la fonction de la main se trouvaient directement sur l'espace cortical qui aurait représenté la main. En d'autres termes, la zone du cerveau qui aurait représenté la main a été utilisée à la place pour soutenir les lèvres, les pieds ou les bras.

Bien que cette étude ne soit pas la première à démontrer qu'une partie du corps envahit la région du cortex cérébral d'une autre partie du corps, elle est la première à montrer plusieurs parties du corps bénéficiant de la même zone cérébrale - que ces régions soient proches ou non. autre dans le cerveau.

Il semble donc qu'il y ait beaucoup plus de flexibilité dans le cerveau que ce que nous pensions auparavant, étant donné que le cortex disponible peut être affecté à des parties du corps qui partagent la fonctionnalité de la main manquante.

Réorganisation ou réorientation?

Une façon de mettre ces résultats en contexte est de se demander, et si la zone des mains ne représente pas la zone des mains en soi, mais seulement la partie du cerveau qui est responsable de la fonction normalement exercée par cette main?

Si cette interprétation est correcte, nous avons mal compris l'organisation du cerveau comme étant basée sur des parties du corps plutôt que sur la fonction du corps. Bien que ce soit spéculatif à ce stade, il est intriguant de penser que nous aurions pu avoir tort à ce sujet depuis si longtemps.

Aussi excitant que ces idées soient, nous devons faire preuve de prudence et nous rappeler que c'est encore une théorie qui fonctionne pour le moment. Cependant, lier ensemble ces chaînes de découverte a des implications importantes. Non seulement cela nous aidera-t-il à réécrire la théorie de l'organisation du cerveau, mais il nous informera aussi de la façon dont nous pourrions exploiter la réorganisation du cerveau pour améliorer les interfaces entre le cerveau et la technologie fonctionnelle et même augmentative.

En effet, si le cerveau peut profiter du territoire de la main manquant pour représenter une multitude d'autres parties du corps, peut-il également être utilisé pour représenter et contrôler les parties du corps artificiel telles que un bras prothétique?

A propos de l'auteur

Rebecca Nutbrown, candidate au doctorat en neuroscience, UCL

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

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