Le cerveau humain est un organe aussi puissant que mystérieux.
Cette masse d'environ 1,5 kg abrite quelque 86 milliards de neurones qui constituent la matière grise. C'est presque autant que le nombre d'étoiles de la Voie lactée.
Ces neurones sont reliés entre eux par des synapses. Le nombre de synapses dans le cerveau humain est estimé à environ un quadrillion, c'est-à-dire un 1 suivi de 15 zéros.
Les scientifiques savent que ces connexions existent, mais ils ne savent toujours pas exactement comment et où sont produites, stockées et traitées toutes les informations qui arrivent et repartent de notre cerveau par ces synapses.
Un exemple de ces énigmes concernant le cerveau et la mémoire est la "zone incertaine", une région où il y a plus de questions que de réponses.
Le premier à décrire cette partie du cerveau fut le neuroanatomiste suisse Auguste-Henri Forel, en 1877.
"C'est une région dont on ne peut rien dire avec certitude", écrit Forel.
Aujourd'hui, près de 150 ans plus tard, la situation reste sensiblement la même. Malgré tous les progrès de la médecine et de la technologie, personne ne comprend vraiment ce qu'est la zone incertaine.
Au milieu de cette incertitude, les experts ont toutefois des indices selon lesquels la zone incertaine joue un rôle dans des processus clés du corps humain, tels que la mémoire.
Il s'agit toutefois d'une partie qui a été peu étudiée.
Mais des études récentes ont trouvé de nouveaux indices sur cette région importante mais négligée de notre cerveau.
Les (rares) certitudes
La zone incertaine est également connue sous le nom de zone d'incertitude.
Cette région est une bande de matière grise située dans la zone centrale du cerveau.
"C'est une sorte de feuille de neurones qui s'étend entre le thalamus et l'hypothalamus", explique à BBC World le Dr Huizhong Tao, professeur de physiologie et de neurosciences à l'université de Californie du Sud.
Au moins quatre sous-régions ont été identifiées le long de la zone incertaine, chacune associée à un rôle spécifique, allant des fonctions motrices et viscérales à l'éveil et à l'attention.
La zone incertaine a également été associée à des fonctions telles que le sommeil, la régulation de la douleur et l'apprentissage, explique le Dr Huizhong.
Une étude récente menée sur des souris a montré qu'elle pourrait également jouer un rôle important dans la consolidation de la mémoire à long terme.
En outre, on sait peu de choses sur les mécanismes par lesquels elle agit et sur la manière dont elle communique avec d'autres régions du cerveau pour accomplir ses tâches.
Par exemple, la zone incertaine est l'une des rares régions couramment ciblées pour la stimulation chez les patients atteints de la maladie de Parkinson, mais les scientifiques ne savent pas exactement pourquoi elle a la capacité d'atténuer les symptômes de la maladie.
Pourquoi est-il si difficile d'étudier ?
La zone incertaine est une structure fine, située profondément dans le cerveau, ce qui explique qu'elle soit difficile à étudier chez les personnes vivantes, explique Huizhong.
De plus, explique-t-elle, la composition chimique et cellulaire de cette membrane est complexe.
Chacune de ses subdivisions aurait des fonctions différentes et ses neurones impliquent l'action de 20 neurotransmetteurs différents, ce qui la rend difficile à analyser dans son ensemble.
Et comme si cela ne suffisait pas, "sa connexion avec d'autres parties du cerveau est extrêmement complexe", précise Huizhong.
La zone incertaine communique avec presque tous les centres du circuit neuronal, du cortex du cerveau à la moelle épinière, ce qui contribue également à expliquer pourquoi elle joue des rôles aussi divers.ge
Quels sont les indices qui en ressortent ?
Une étude récente menée sur des souris par l'Université de Fribourg et l'Institut Max Planck pour la recherche sur le cerveau en Allemagne a révélé de nouvelles indications selon lesquelles la zone incertaine pourrait jouer un rôle clé dans la capacité d'attention et la mémoire durable.
L'analyse a montré que la zone incertaine a un lien particulier avec le néocortex, la région la plus grande et la plus évoluée du cerveau.
Chez l'homme, le néocortex est considéré comme la plus grande zone de stockage des souvenirs à long terme. Il est également responsable de nombreuses fonctions cognitives qui nous distinguent, telles que le raisonnement, la conscience et le langage.
Cependant, on ne sait pas exactement comment les souvenirs et les expériences arrivent et sont stockés dans le néocortex.
Signaux internes et externes
Pour former de nouveaux souvenirs, le cerveau doit établir une connexion entre les stimuli sensoriels provenant de l'extérieur et les signaux internes contenant des informations sur les expériences passées.
Pour ce faire, les neurones échangent des signaux qui excitent (activent) ou inhibent (désactivent) certaines zones du cerveau en fonction des besoins.
Dans le passé, les études se sont concentrées sur l'effet des signaux excitateurs sur l'apprentissage et la mémoire.
Cette nouvelle étude, en revanche, s'est concentrée sur les signaux inhibiteurs provenant de la zone incertaine.
Ils ont ainsi observé que la zone incertaine joue un rôle dans l'apprentissage et la mémoire, non pas en excitant d'autres neurones, mais en les inhibant.
L'inhibition générée par la zone incertaine crée un "réseau inhibiteur" qui désactive certaines connexions pour optimiser le flux des connexions excitatrices dans d'autres zones.
Ce "réseau inhibiteur" pourrait être comparé à un système de feux de circulation qui se coordonnent pour arrêter le trafic sur certaines routes afin de permettre une circulation plus rapide sur d'autres.
"Ce que nous avons observé, c'est une redistribution complète de l'inhibition au sein du système", explique Anna Schroeder, auteur principal de l'étude.
Grâce à ce mécanisme, le résultat net est une excitation des circuits du néocortex qui facilite l'apprentissage.
Pourquoi est-ce important ?
"Cette étude est très intéressante", déclare le Dr Huizhong, qui n'a pas participé à la recherche.
"Elle offre de nouvelles perspectives sur les mécanismes neuronaux de l'apprentissage et de la mémoire.
Les auteurs de la recherche affirment que la compréhension des mécanismes de formation des souvenirs pourrait être utile pour traiter la perte de mémoire, les troubles anxieux ou la maladie de Parkinson.
Ils mentionnent même que cela pourrait avoir des implications pour le développement de l'intelligence artificielle et le développement de logiciels.
Pour l'instant, cependant, ils se contentent que leur étude serve à "inspirer d'autres chercheurs" à continuer à chercher des indices pour résoudre le mystère de la zone incertaine.
Le cerveau humain est un organe aussi puissant que mystérieux.
