Pourquoi notre cerveau consomme plus d’énergie que celui des autres animaux
Le cerveau humain a des besoins énergétiques plus importants que celui de tout autre animal, en particulier dans certaines régions importantes, qui peuvent avoir été la clé de l’évolution de notre cognition complexe. Savoir comment la consommation d’énergie diffère dans le cerveau pourrait également nous aider à mieux comprendre et traiter certaines maladies, telles que la maladie d’Alzheimer et la dépression.
La consommation en énergie
Certains mammifères ont des cerveaux plus gros et avec plus de cellules nerveuses, ou neurones, que les humains , ce qui ne permet pas de comprendre comment nous avons développé une capacité particulièrement avancée à penser de manière critique et à utiliser le langage pour communiquer. Valentin Riedl, de l’université technique de Munich (Allemagne), et ses collègues se sont demandé si la compréhension de la manière dont notre cerveau utilise l’énergie pouvait contribuer à expliquer la complexité de notre cognition.
Ils ont donc procédé à l’imagerie du cerveau de 30 personnes pour mesurer la synchronisation des signaux électriques, générés par les neurones, dans différentes régions de l’organe avec les signaux émis dans le reste du cerveau. Ils ont également utilisé une technique appelée tomographie par émission de positrons pour détecter la quantité de sucre utilisée comme source d’énergie par les différentes régions du cerveau.
« Nous connaissions déjà l’énergie globale consommée par le cerveau, mais nous ne savions pas comment cette énergie était répartie entre les différentes régions cérébrales », explique M. Riedl.
Une zone très spécifique consomme 67 % d’énergie en plus
Comme prévu, les chercheurs ont constaté que les régions cérébrales dont les schémas de signalisation étaient plus synchronisés avec le reste du cerveau consommaient généralement plus d’énergie. Toutefois, les régions de la zone fronto-pariétale de la couche externe du cerveau – impliquées dans la lecture, la mémoire et la résolution de problèmes – ont consommé en moyenne 67 % d’énergie en plus par rapport à leurs synchronisations de signalisation, par rapport à d’autres régions cérébrales impliquées dans le mouvement et la perception de l’environnement.
« Les régions qui consomment beaucoup d’énergie par rapport à leur degré de connexion sont situées dans les régions qui se sont le plus développées au cours de l’évolution de l’homme », explique M. Riedl. « Cela suggère que ces régions ont pu jouer un rôle important dans l’émergence d’une cognition complexe.
L’équipe a également découvert que ces régions cérébrales coûteuses en énergie, sont impliquées dans la modulation des niveaux de substances chimiques, telles que la dopamine, la sérotonine et la noradrénaline, qui contribuent à l’intégration des informations dans de vastes zones du cerveau. « Ces substances chimiques sont présentes chez d’autres animaux, y compris d’autres primates et des souris, mais il se pourrait que les humains aient plus de régions cérébrales coûteuses en énergie qui les contrôlent que les autres animaux », explique M. Riedl.
Mieux comprendre certaines maladies
Grâce à des recherches plus approfondies, ces résultats pourraient nous aider à mieux comprendre certaines maladies liées au cerveau. « Comme nous le savons maintenant, certaines régions dépensent plus d’énergie pour certains processus complexes, et ce sont peut-être ces régions qui sont plus facilement sujettes à des déficits d’énergie, ce qui pourrait conduire à la maladie d’Alzheimer ou à la dépression », explique M. Riedl.
« Il s’agit d’une étude très intéressante qui montre que le cerveau a des besoins énergétiques différents selon les régions et les réseaux », déclare David Geary, de l’université du Missouri. « La variation des coûts énergétiques est particulièrement intéressante, car elle est prononcée dans les zones et les systèmes cérébraux qui diffèrent le plus des autres primates.
Cette recherche a été publiée dans bioRxiv.
Source : New Scientist
Crédit photo : Depositphotos