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La matière blanche: autoroute flexible mais sous-estimée 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 ces dernières années, il est devenu évident que le singe est aussi important que son maître.
Est-ce que la matière blanche est importante?

Notre matière grise délicieusement pliée a longtemps été le poney du cerveau; Il s’agit de la lourdeur des calculs sur lesquels nous comptons tous pour comprendre le monde. On pensait que la matière blanche remplissait simplement la fonction de transmission des messages dans les deux sens, comme une simple collecte de fils passifs.

Bien qu'il y ait une part de vérité dans cette division du travail, cela ne rend pas service à la matière blanche. À mesure que les connaissances scientifiques se développent, l’importance de la matière blanche devient très nette. On sait maintenant que cette autoroute de l’information neurale est impliquée dans diverses maladies et conditions et joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du cerveau, l’apprentissage et la coordination des centres cérébraux éloignés.

Qu'est-ce que la matière blanche?

La matière blanche constitue la majeure partie des parties profondes du cerveau. Contrairement à la matière grise, dont le développement atteint son apogée à l'âge de 11 ou 12 ans, la matière blanche continue de se développer dans la vingtaine (et peut-être, de façon plus subtile, dans la cinquantaine).

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


Axone myélinisé comparé à l'axone démyélinisé.
Crédit d'image: Dr Jana

La myéline recouvre la surface de toutes les cellules nerveuses, laissant de petits espaces - également appelés n?uds de Ranvier - tous les millimètres environ.

Dans les nerfs myélinisés, plutôt qu’une impulsion se propageant le long de la cellule comme dans la matière grise, il peut sauter d’un n?ud à un autre, augmentant ainsi 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 supporter des impulsions 100 fois plus rapidement que les fibres non myélinisées.

Dans le cerveau, la myéline est déposée par des cellules appelées oligodendrocytes. À la naissance, la couverture myélinique est relativement rare; la myélinisation se déplace dans une vague, recouvrant tout d'abord la substance blanche du cortex cérébral la plus proche de la nuque et progressant progressivement pour finalement recouvrir les lobes frontaux de notre milieu à la fin des années 20.

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

Comme la question de la matière blanche a suscité un plus grand intérêt scientifique, il est devenu évident qu’elle est loin d’être une partie passive du câblage; Il est dynamique - son volume augmente et diminue avec l’expérience, il traite les informations - et pas seulement les données échangées entre les points.

Matière blanche en maladie psychiatrique

Certaines conditions ont longtemps été associées à des dommages à la gaine de myéline. Par exemple, le système immunitaire des personnes atteintes du syndrome de Guillain-Barré et de la sclérose en plaques s'attaque à la myéline, entraînant une faiblesse qui s'aggrave progressivement et qui peut aboutir à une paralysie.

Mais plus récemment, les modifications de la myéline ont été associées à un certain nombre d'affections psychiatriques telles que la schizophrénie, la dépression majeure, l'autisme, le syndrome de stress post-traumatique, la maladie d'Alzheimer, la dyslexie, le trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention, . La matière blanche a même été impliquée dans le bégaiement et la surdité du tonus.

La schizophrénie est l'une des affections psychiatriques les plus étudiées par rapport à la matière blanche. Une étude portant sur 6 000 gènes du cortex préfrontal de cerveaux schizophrènes a fourni des preuves accablantes: sur les 89 gènes jugés anormalement régulés, 35 étaient impliqués dans la myélinisation.

La dépression peut modifier la structure de la matière blanche du cerveauDes recherches récentes ont montré que la dépression pouvait modifier la structure de la matière blanche du cerveau.Lisez maintenant

D'autres études ont étudié la substance blanche post-mortem, avec certaines 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 la schizophrénie perturbait les voies de la substance blanche dans la majorité du cerveau.

La schizophrénie a tendance à se développer à l'adolescence, à un moment où le cerveau antérieur est finalement recouvert de myéline. Certains scientifiques pensent que cela pourrait être plus qu'une coïncidence.

Il reste à savoir si ces changements sont la cause de la condition ou une conséquence de la fonction cérébrale anormale, mais c'est probablement une voie bidirectionnelle entrelacée. La preuve en est venue dans un article publié en 2007 par le Dr Gabriel Corfas. Il a montré que le fait de perturber le contrôle génétique des oligodendrocytes pouvait 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), basée sur la technologie IRM, permet de représenter le mouvement relatif de l'eau dans les tissus. Il peut être utilisé pour observer la matière blanche.


Image DTI montrant des traces de matière blanche.
Crédit image: Thomas Schultz

La DTI repose sur la prémisse que, dans les tissus cérébraux normaux, l'eau est également susceptible de voyager dans n'importe quelle direction.

Cependant, dans les zones qui sont orientées parallèlement et couvertes de myéline, il est plus probable que celles-ci se déplacent le long de celles-ci 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 matière blanche et les résultats cognitifs.

Une étude, par exemple, a trouvé une relation entre la structure de la matière blanche et le QI, dont les auteurs ont conclu que «la fonction cognitive est en corrélation avec 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 modifier 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 de pratique de l'individu. Plus vous travaillez, plus la matière blanche est modifiée.

Comment la myélination s'intègre 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 dès la naissance. Cependant, comme mentionné ci-dessus, la myélinisation chez l'homme se poursuit dans la vingtaine ou la trentaine. Le fait que cela prenne tant de temps est un bon indice qu'il ne fait pas que jouer un rôle isolant.

La longue période de temps que prend 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 en fonction de l'expérience. Pour cette raison, certains chercheurs croient que la myéline, et donc la matière blanche, joue un rôle dans le développement du cerveau à travers nos expériences.

Cette théorie est vraie dans toute une série d’études animales. Par exemple, une étude réalisée sur des campagnols de l'Alaska a révélé que la myélinisation dans le cerveau est régulée par les variations saisonnières de la durée du jour. Les animaux qui étaient gardés dans un environnement avec des journées constamment longues avaient plus de volume de matière blanche.

Chez le rat, le stress au cours des six derniers jours de la grossesse entraîne une augmentation de la myélinisation chez la progéniture au cours des deux à trois premières semaines de la vie, les taux revenant à la normale au jour 40.

Inversement, une expérience plus agréable peut également modifier la structure de la matière blanche. Les oligodendrocytes augmentent en nombre dans le cortex visuel des rats qui sont élevés dans des environnements enrichis, y compris les interactions sociales et les choses avec lesquelles jouer.

Certaines études chez l'homme ont également révélé une interaction entre l'expérience précoce et le volume de la substance blanche. Une étude publiée dans Psychiatrie biologique comparé les cerveaux des enfants qui avaient été maltraités ou négligés avec le cerveau des enfants qui ne l'avaient pas.

Le corps calleux - c'est-à-dire la plus grande structure de matière blanche dans le cerveau, qui relie les hémisphères cérébraux gauche et droit - a été trouvé 17% plus petit chez ceux qui avaient été maltraités.

Pourquoi le manteau cireux est-il si important?

En bref, nous n'avons pas la réponse complète à cette question, mais il y a des éléments convaincants à prendre en compte.

La synchronisation de la matière grise est importante pour le développement neuronal et l'apprentissage. Le dicton dit, "Neurones qui tirent ensemble, fil ensemble." En d'autres termes, les neurones qui se synchronisent sont plus susceptibles d'être connectés en permanence; les nerfs qui tirent ensemble sont considérés comme importants et seront renforcés et préservés.


Coupe transversale d'un axone myélinisé avec plusieurs couches de myéline visible.
Crédit 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 à la milliseconde est essentielle.

Lorsque nous effectuons une tâche complexe, telle que jouer d'un instrument, les informations sont envoyées par divers centres du cerveau et circulent. La synchronisation est un must et le simple fait de lancer des messages à la vitesse la plus élevée ne serait pas une solution viable.

À mesure que de nouvelles découvertes s'accumulent, il semble clair que la myéline joue un rôle clé dans le développement de la synchronisation, et qu'elle peut modifier la vitesse de conduction de plusieurs parties de la matière blanche.

Par exemple, la myéline peut modifier physiquement 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 pondent, ce qui peut atteindre 150 feuilles par fibre, ce qui modifie à nouveau la vitesse de conduction. De plus, en modifiant le nombre ou l’espacement des n?uds de Ranvier, les vitesses peuvent être modifiées, avec plus de n?uds plus proches les uns des autres, ce qui ralentit les impulsions.

Nous commençons seulement à nous soucier des mécanismes qui sous-tendent l’influence de la matière blanche sur la fonction cognitive, mais d’ores et déjà, des voies potentielles s’ouvrent.

La matière blanche fait partie intégrante de la fonction cérébrale comme son voisin gris; Il est dynamique, impliqué dans l'apprentissage et nous aide à définir des compétences et des souvenirs. Il ne fait aucun doute que, à mesure que la recherche se poursuit et que la situation s’aggrave, l’importance de la myéline et de la matière blanche continuera de s’aggraver.

La matière blanche compte vraiment.

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