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Cerveau : se partager pour mieux penser

Cerveau : se partager pour mieux penser

17.03.2015, par
Brain concept
Non, les gauchers n’ont pas le cerveau à l'envers des droitiers ! À l’occasion de la Semaine du cerveau, le point sur ce que l’imagerie cérébrale révèle, ou dément, sur les asymétries du cerveau.

Plus que la parole, le rire ou la religion, le fait de nous répartir aussi inégalement en droitiers et en gauchers distingue l’espèce humaine de toutes les autres. On liait depuis deux siècles cette asymétrie manuelle à la spécialisation de l’un de nos hémisphères cérébraux dans les activités linguistiques. Revisitant les asymétries du cerveau avec les plus récentes techniques d’imagerie cérébrale, les chercheurs du Groupe d’imagerie neurofonctionnelle de Bordeaux (GIN)1 remettent en question certaines idées préconçues sur ce phénomène. Par leurs travaux novateurs, ils espèrent élucider les causes de la spécialisation hémisphérique et comprendre ce qu’elle a apporté à l’esprit humain.

Derrière une fausse symétrie, une vraie spécialisation

Tout comme nos deux mains, notre cerveau est à première vue constitué de deux hémisphères semblables, où chaque structure visible à droite a son homologue en miroir à gauche. Or, comme pour nos mains, a priori identiques mais dont nous ne nous servons pas de la même manière selon que nous soyons gauchers ou droitiers, la symétrie anatomique apparente du cerveau cache une profonde dissymétrie fonctionnelle, aussi appelée latéralisation ou spécialisation hémisphérique. « La spécialisation hémisphérique désigne le fait que certaines fonctions cognitives sont hébergées préférentiellement par un hémisphère cérébral, explique Emmanuel Mellet, chercheur au GIN. Il est, par exemple, classique d’attribuer à l’hémisphère gauche un rôle privilégié dans les fonctions langagières tandis que l’hémisphère droit est impliqué dans les fonctions qui mobilisent l’attention spatiale. »

L’asymétrie manuelle a longtemps été liée à la spécialisation cérébrale. Scène du film «La Nuit du chasseur», réalisé par Charles Laughton en 1955.
L’asymétrie manuelle a longtemps été liée à la spécialisation cérébrale. Scène du film «La Nuit du chasseur», réalisé par Charles Laughton en 1955.

Dès le XIXe siècle, les neurologues ont remarqué que certaines lésions cérébrales très localisées avaient des conséquences radicalement différentes sur les facultés intellectuelles de leurs patients, notamment le langage, selon qu’elles affectaient la partie droite ou la partie gauche de leur cerveau. La Première Guerre mondiale et son lot impressionnant de blessés à la tête allaient leur fournir suffisamment de cas pour établir que la direction de cette asymétrie entre les deux hémisphères pouvait varier : ainsi, si un dixième des blessés aphasiquesFermerL’aphasie est une pathologie du système nerveux qui se manifeste par une perte totale ou partielle de la parole. souffraient de lésions de l’hémisphère droit, l’immense majorité était atteinte à l’hémisphère gauche. L’hémisphère gauche contrôlant également la main droite, on lia les deux phénomènes ; et, pendant près d’un siècle, on considéra que la préférence manuelle était la conséquence de la dominance de notre hémisphère « parlant ».

Gaucher ou droitier, la parole naît plutôt à gauche

En réexaminant la spécialisation hémisphérique au moyen de l’imagerie cérébrale, notamment l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui permet une exploration réversible, bien plus précise et moins invasive du cerveau, les scientifiques du GIN ont récemment remis en question cette explication qui avait fait longtemps consensus2. En constituant un large échantillon de 297 sujets issus de la base de données BIL & GIN3 dont ils ont observé l’activité cérébrale lors de différentes tâches linguistiques et/ou motrices, ils ont observé que, si 94 % des droitiers manifestaient une spécialisation hémisphérique gauche dans les tâches linguistiques, 84 % des gauchers faisaient de même. Établissant statistiquement que la direction de la préférence manuelle est indépendante de celle de la spécialisation hémisphérique. C’est-à-dire que le fait que l’hémisphère gauche contrôle à la fois le langage et la main droite chez une grande majorité des êtres humains n’est pas le signe que ces phénomènes soient liés. Par contre, cette étude a trouvé un lien entre une forte préférence manuelle gauche et une latéralisation droite pour le langage dans un groupe rare d’individus parfaitement normaux (0,06 % de la population générale), une découverte qui fait l’objet actuellement d’une étude génétique.

Une asymétrie très humaine

La spécialisation hémisphérique n’est pas l’apanage de l’espèce humaine – on l’a observée aussi bien chez les singes et de nombreux vertébrés. Chez les poulets, par exemple, dont un œil est dédié à la détection du grain à picorer, l’autre, à celle des prédateurs éventuels. Toutefois, il n’y a que dans notre espèce qu’elle se manifeste aussi systématiquement dans la même direction. Certains y ont vu la preuve que cette spécialisation hémisphérique, si stable dans la population, était le fruit de la sélection naturelle et qu’elle avait pu jouer un rôle prépondérant dans l’émergence des capacités cognitives typiquement humaines, comme le langage ou la conscience. « On attribue souvent le partage des tâches entre hémisphères à une pression de sélection, considérant que cette spécialisation procure à l’individu un avantage évolutif, note Emmanuel Mellet. Toutefois, la nature et l’existence même de cet avantage sont loin d’être établies. » Il a, par exemple, été postulé que plus le niveau de spécialisation hémisphérique s’accroît, plus les performances cognitives s’améliorent. Mais aucune étude n’avait jusqu’ici permis de valider cette hypothèse.

Etude d'IRM fonctionnelle
Un sujet participe à une étude d’IRM fonctionnelle afin d’étudier le fonctionnement cérébral au cours d’activités cognitives. Sur l’écran, une image anatomique du cerveau.
Etude d'IRM fonctionnelle
Un sujet participe à une étude d’IRM fonctionnelle afin d’étudier le fonctionnement cérébral au cours d’activités cognitives. Sur l’écran, une image anatomique du cerveau.

Pour la vérifier, Emmanuel Mellet et ses collègues ont analysé les performances cognitives de 300 sujets issus de la base BIL & GIN et les ont comparées à leur niveau de spécialisation hémisphérique déterminé par IRMf4. Ils ont ainsi pu mettre en évidence que les sujets sans dominance hémisphérique pour le langage présentent des scores significativement inférieurs aux sujets dont l’hémisphère dominant est à gauche ou à droite. « La latéralisation hémisphérique semble donc bien conférer un léger avantage cognitif, quelle que soit sa direction, puisqu’il n’y avait pas de différence entre les scores des sujets dont l’hémisphère dominant pour le langage est à gauche et ceux pour lesquels il est à droite, conclut le chercheur. Il faut néanmoins garder à l’esprit que l’effet du degré de latéralisation hémisphérique est petit au regard de celui du nombre d’années d’études qui va de pair avec une augmentation des scores et celui de l’âge qui s’accompagne d’une diminution des performances. »

Diviser le cerveau pour mieux l’occuper

Bref, cet avantage ne suffit pas à expliquer pourquoi la spécialisation hémisphérique est apparue, ni pourquoi elle a pris une telle importance dans notre espèce. Nathalie Tzourio-Mazoyer, directrice de recherche au CEA, estime que notre asymétrie cérébrale pourrait être en partie le résultat d’une partition de notre cerveau afin de lui permettre de répondre à des sollicitations cognitives croissantes. « Au cours de notre évolution, l’expansion de notre cerveau a été fortement limitée par le fait qu’à la naissance notre boîte crânienne doit passer le bassin maternel, explique-t-elle. Cette expansion s’est d’abord faite par des plissements du cortex. Puis, la place manquant toujours, la solution a été d’héberger les fonctions cognitives nouvelles dans un seul hémisphère. »

Carte des régions cérébrales activées en IRM fonctionnelle
Carte de probabilité des régions cérébrales activées en IRM fonctionnelle lors d’un test production de langage réalisé sur 144 droitiers.
Carte des régions cérébrales activées en IRM fonctionnelle
Carte de probabilité des régions cérébrales activées en IRM fonctionnelle lors d’un test production de langage réalisé sur 144 droitiers.

Outre le gain de place, cette partition a l’avantage d’optimiser le fonctionnement cérébral. En effet, certaines facultés cognitives élaborées reposent sur l’intégration de plusieurs circuits cérébraux spécialisés : le fait d’être situés dans le même hémisphère optimise le trafic des signaux nerveux, qui ont une distance plus courte à parcourir que s’ils devaient circuler d’un hémisphère à l’autre, ce qui diminue d’autant le temps de traitement. On observe notamment que les circuits dédiés à l’analyse temporelle des sons et ceux qui se chargent de l’analyse phonologique des perceptions auditives, qui permettent ensemble la compréhension de la parole, sont regroupés dans l’hémisphère gauche.

Des gauchers (parfois) avantagés

Parallèlement à cette occupation de la partie gauche du cerveau par les aires langagières, les aires spécialisées dans d’autres fonctions, comme l’attention visuo-spatiale, se regroupent à droite. L’équipe du GIN a ainsi pu mettre en évidence que les circuits dédiés à l’attention spatiale et aux saccades oculaires s’activent généralement dans l’hémisphère droit. On constate d’ailleurs que cette latéralisation à droite est plus marquée chez les gauchers, tout particulièrement chez ceux qui ont un œil dominant droit5. Ce résultat apporte un élément d’explication à la question de l’avantage que représenterait la gaucherie dans les sports de duels demandant des temps d'analyse et de réaction très courts comme l'escrime, la boxe, le tennis de table, etc. Il expliquerait notamment sur le plan évolutif la persistance de 10 % de gauchers dans la population générale.

Tennisman gaucher
John McEnroe fut l’un des gauchers les plus célèbres de l’histoire du tennis.
Tennisman gaucher
John McEnroe fut l’un des gauchers les plus célèbres de l’histoire du tennis.

Même s’ils ne sont que préliminaires, les résultats déjà obtenus par le GIN montrent l’importance de la spécialisation hémisphérique dans la cognition humaine et l’intérêt de la constitution de la base BIL & GIN, unique au monde. La poursuite de ces travaux devrait permettre de déterminer comment les multiples fonctions cognitives latéralisées s’organisent les unes par rapport aux autres (langage, attention, reconnaissance des visages, calcul, imagerie mentale motrice). L’objectif de ces études est également d’élucider le mode de transmission de cette spécialisation hémisphérique, d’inventorier tous les avantages cognitifs et évolutifs que celle-ci procure et de comprendre en quoi elle distingue le cerveau humain de celui des autres espèces.

Notes
  • 1. Unité CNRS/CEA/Univ. de Bordeaux.
  • 2. « Gaussian mixture modeling of hemispheric lateralization for language in a large sample of healthy individuals balanced for handedness », B. Mazoyer et al., Plos One, publié en ligne le 30 juin 2014.
  • 3. BIL & GIN est une base de donnée unique au monde composée d’une population comportant autant de sujets gauchers que droitiers. Elle a été acquise par les chercheurs du GIN afin d’étudier spécifiquement les questions de spécialisation hémisphérique.
  • 4. « Weak language lateralization affects both verbal and spatial skills : An fMRI study in 297 subjects », E. Mellet et al., Neuropsychologia, décembre 2014, 65 : 56-62.
  • 5. « Strong rightward lateralization of the dorsal attentional network in left-handers with right sighting-eye : An evolutionary advantage », L. Petit et al., Hum. Brain Mapp., mars 2015, 36 (3) : 1151-1164.

Commentaires

5 commentaires

Bonjour. Article très prometteur, mais je me suis arrêté au paragraphe où l'on parle de 0,06% d'une population représentée par un échantillon (large) de 297 personnes. Si mes calculs sont justes, les caractéristiques décrites sont donc observées sur moins de 0,18 individus au sein de l'échantillon.

Bonsoir. Je reviens une semaine après et je n'ai pas de retour sur mon commentaire qui se voulait une question : Où me suis-je trompé sur l'exploitation des résultats statistiques exprimés dans ce billet ? Les couloirs sont tellement vides qu'on entend l'écho (de patcac pour patcac ! ;) Qu'il n'y ait que peu de monde inscrit se comprend bien. Mais, je pensais qu'une animation digne de ce nom allait compléter ce merveilleux journal numérique, tant par sa qualité graphique que par son intérêt éditorial. Plutôt dommage. A bientôt... Peut-être.

Patcac, vos calculs sont justes, c'est votre capacité d'attention qui laisse à désirer... Les 0,06% sont calculés sur la population générale, pas sur les "297 sujets issus de la base de données BIL & GIN[3] " , et comme le dit la note [3]: "BIL & GIN est une base de donnée unique au monde composée d’une population comportant autant de sujets gauchers que droitiers".

Je ne connais pas grand chose sur le sujet de cet article qui m'a pourtant attiré. En revanche, comme vous me l'avez gentiment conseillé, j'ai relu avec attention ce paragraphe. Ce qu'il exprime en français au lecteur c'est que : - il y a une population venant d'une base de données créée par le GIN, appelée BIL & GIN ; - de cette population, l'étude indiquée dans le paragraphe en tire un échantillon de 297 individus (c'est de la statistique inférentielle) ; - et l'étude, dont le paragraphe parle, observe une particularité remarquable sur 0,06 % des individus. Comme il s'agit de statistique inférentielle, par définition, on conclut sur la population, mais on observe seulement sur l'échantillon (c'est à cela que sert un échantillon en statistique inférentielle). Dans les 2 cas, ce sont les mêmes 0,06 %. Il y a donc bien 0,18 personnes observées par l'étude, représentant le cas évoqué à la fin de ce paragraphe. Désolé mais, si le lecteur doit comprendre autre chose, c'est mal écrit.
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