Qu’est-ce que la neuroscience en psychologie ?

Par exemple, les neurosciences cognitives sont l’étude scientifique de l’influence des structures cérébrales sur les processus mentaux, réalisée à l’aide de techniques d’imagerie cérébrale telles que l’IRMf.

Qu’est-ce que les neurosciences cognitives ?

Les neurosciences cognitives visent à découvrir comment les structures cérébrales influencent la manière dont nous traitons l’information et à associer les fonctions cognitives mentales à des zones spécifiques du cerveau. Pour ce faire, elles utilisent des techniques d’imagerie cérébrale telles que l’IRMf et les scanners TEP.

Les premières racines historiques des neurosciences remontent aux anciens Égyptiens, qui pratiquaient la tréphination – percer un trou dans le crâne pour traiter les troubles cérébraux et/ou mentaux – et possédaient des connaissances sur les symptômes des lésions cérébrales (Mohamed, 2008).

Bien plus tard, l’invention du microscope et l’utilisation de procédures de coloration ont conduit à la découverte de neurones individuels (cellules du système nerveux) par Santiago Ramón y Cajal à la fin des années 1890, ouvrant la voie à l’étude moderne du système nerveux (Guillery, 2004). L’émergence des neurosciences en tant que domaine distinct a commencé au 20e siècle, sous l’impulsion de David Rioch, Francis O. Schmitt et Stephen Kuffler (Cowan et al., 2000).

Les branches des neurosciences se définissent principalement par leurs échelles d’analyse, c’est-à-dire les perspectives à partir desquelles elles analysent le système nerveux. Les molécules du système nerveux constituent la base de la fonction et de la communication neuronales, ce qui est l’objet des neurosciences moléculaires.

Ces processus moléculaires donnent lieu à des fonctions cellulaires à plus grande échelle au sein des neurones, telles que celles impliquées dans la signalisation neuronale, ce qui est l’objet des neurosciences cellulaires. Ces fonctions permettent la mise en place de systèmes complexes de communication entre les neurones, ce qui est l’objet des neurosciences systémiques. Enfin, ces systèmes sous-tendent la pensée et le comportement, ce qui est l’objet des neurosciences cognitives et comportementales.

L’étude scientifique du système nerveux fournit des informations cruciales sur le fonctionnement de l’esprit et du cerveau, et est donc indispensable à la psychologie. Les neurosciences nous permettent de comprendre que les nombreux mécanismes de l’esprit fonctionnent grâce à des réseaux de connexions neuronales, tout comme les ordinateurs fonctionnent grâce à des connexions électriques.

En étudiant le fonctionnement de ces connexions neuronales, nous pouvons mieux comprendre la cognition humaine normale et la maladie, c’est-à-dire lorsque ces connexions neuronales se dérèglent.

Neurones et synapses

Les neurones sont les unités cellulaires de base qui constituent le système nerveux. L’homme possède environ 100 milliards de neurones. Un neurone individuel se compose généralement d’un soma (corps cellulaire), de dendrites et d’axones.

Le soma contient le noyau de la cellule (où est stocké son ADN) et produit les protéines nécessaires au fonctionnement du neurone.

Les dendrites, structures ramifiées qui s’étendent à partir du soma, forment des connexions avec d’autres neurones dont elles reçoivent et traitent les signaux électriques. Enfin, un axone sort de l’autre extrémité du soma, produisant et transportant un signal électrique vers d’autres neurones.

Chaque neurone ne contient généralement qu’un seul axone, bien que la structure puisse être ramifiée après la projection initiale du soma (Woodruff, 2019).

Les signaux électriques transportés par les axones et transmis aux dendrites sont appelés potentiels d’action. Les neurones sont des dispositifs électriques – ils contiennent des canaux qui permettent aux ions positifs et négatifs de passer de l’extérieur à l’intérieur de la cellule ou vice versa, ce qui donne lieu à un potentiel électrique concernant la membrane d’une cellule (la barrière entourant l’extérieur d’une cellule).

Par défaut (lorsque les neurones sont « au repos »), il y a une charge plus négative à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur, ce qui donne lieu à un potentiel membranaire de repos de -70 millivolts. Cependant, ce potentiel électrique change constamment en réponse aux entrées d’autres cellules, qui provoquent un flux d’ions à l’intérieur ou à l’extérieur de la cellule.

Certains de ces signaux sont « excitateurs », c’est-à-dire qu’ils rendent le potentiel membranaire de la cellule moins négatif (par exemple, en faisant entrer des ions positifs dans la cellule), tandis que d’autres sont « inhibiteurs », c’est-à-dire qu’ils rendent la membrane de la cellule plus négative.

Si un neurone reçoit suffisamment d’entrées excitatrices et pas trop d’entrées inhibitrices, son potentiel de membrane dépassera ce que l’on appelle le « seuil du potentiel d’action » (environ -50 millivolts), et un potentiel d’action se produira.

D’un point de vue électrique, les potentiels d’action sont des pics brefs mais spectaculaires du potentiel membranaire d’un neurone. Les neuroscientifiques appellent souvent les potentiels d’action simplement des « pics »

Lorsque le potentiel de membrane d’un neurone dépasse le seuil du potentiel d’action, il déclenche l’ouverture de ce que l’on appelle les canaux sodiques voltage-gated, qui permettent aux ions sodium chargés positivement de pénétrer dans la cellule.

Le potentiel membranaire de la cellule devient alors rapidement plus positif, ce qui provoque un pic. Ce signal se propage ensuite rapidement le long de l’axone du neurone, car le pic lui-même provoque l’ouverture de canaux sodiques voltage-gated plus bas, et ainsi de suite.

Enfin, le potentiel d’action atteint l’extrémité de l’axone et le neurone transmet ce signal à d’autres neurones.

Les neurones communiquent entre eux par l’intermédiaire de structures appelées synapses. Une synapse unique se compose d’un terminal présynaptique, d’une fente synaptique et d’un terminal postsynaptique.

Lorsqu’un potentiel d’action atteint l’extrémité de l’axone d’un neurone, il atteint le terminal présynaptique, ce qui entraîne la libération de neurotransmetteurs par la cellule. Ces neurotransmetteurs sont libérés dans la fente synaptique, un petit espace (20-40 nm) entre les terminaux pré et postsynaptiques.

Les neurotransmetteurs traversent ensuite la fente synaptique et activent les récepteurs de neurotransmetteurs sur le terminal postsynaptique. Lorsque ces récepteurs sont activés, ils provoquent un flux d’ions positifs ou négatifs dans le neurone postsynaptique, ce qui entraîne respectivement une excitation ou une inhibition.

Lorsque les neurotransmetteurs agissent sur les récepteurs pour faire entrer des ions positifs dans le neurone postsynaptique, on parle d’excitation car le neurone est rapproché de son seuil de potentiel d’action et devient donc plus susceptible de se déclencher.

Inversement, lorsque les neurotransmetteurs agissent sur les récepteurs pour faire entrer des ions négatifs dans le neurone postsynaptique, on parle d’inhibition car le neurone est plus éloigné de son seuil de potentiel d’action et devient donc moins susceptible de s’allumer.

Par conséquent, certains neurotransmetteurs sont appelés neurotransmetteurs excitateurs (puisque leur action sur les récepteurs provoque une excitation), tandis que d’autres sont appelés neurotransmetteurs inhibiteurs.

Les neurotransmetteurs excitateurs courants comprennent le glutamate et la dopamine ; les neurotransmetteurs inhibiteurs courants comprennent le GABA et la glycine. Certains neurotransmetteurs, comme la sérotonine, peuvent être soit excitateurs, soit inhibiteurs, en fonction du type de récepteur sur lequel ils agissent.

Le système nerveux

Notre système nerveux est constitué de milliards de neurones, qui émettent tous des potentiels d’action et communiquent entre eux par l’intermédiaire de synapses.

Ces réseaux de neurones donnent finalement naissance à des structures plus grandes qui remplissent des fonctions spécialisées. En étudiant l’anatomie du système nerveux, nous pouvons commencer à comprendre comment il répartit ses nombreuses tâches.

La division anatomique la plus importante du système nerveux est celle entre le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Le système nerveux central est constitué du cerveau et de la moelle épinière, tandis que le système nerveux périphérique est constitué des nerfs de l’ensemble du corps qui communiquent avec le système nerveux central.

Les systèmes nerveux central et périphérique agissent ensemble pour interpréter les données sensorielles et initier le mouvement (Sukel, 2019). Les informations sensorielles sont envoyées des nerfs périphériques à la moelle épinière, puis relayées au cerveau ; les informations motrices vont du cerveau à la moelle épinière, puis finalement aux muscles par l’intermédiaire des nerfs périphériques.

Le cerveau lui-même se compose de trois parties : le tronc cérébral, le cervelet et le cortex cérébral. Le tronc cérébral contrôle principalement les fonctions dites « autonomes », c’est-à-dire les fonctions corporelles régulées de manière inconsciente, telles que le rythme cardiaque et la respiration. Le cervelet, situé à côté du tronc cérébral, contrôle l’équilibre et la coordination des mouvements.

Enfin, le cortex cérébral se trouve au-dessus du tronc cérébral et du cervelet et c’est à lui que la plupart des gens pensent lorsqu’ils évoquent le cerveau – il est responsable des fonctions perceptives et cognitives qui constituent notre vie mentale (Sukel, 2019).

Le cortex cérébral, quant à lui, est divisé en deux hémisphères et quatre lobes. Un pont de fibres neuronales relie les hémisphères droit et gauche, appelé corps calleux.

Contrairement à la croyance populaire, la plupart des processus cognitifs sont associés aux deux hémisphères du cortex cérébral (c’est-à-dire que le côté droit n’est pas plus « créatif » et le côté gauche plus « analytique »). Il existe toutefois une exception : la plupart des structures neuronales liées au langage résident dans l’hémisphère gauche (Sukel, 2019).

Outre les deux hémisphères, le cortex cérébral est également divisé en quatre lobes : le lobe occipital, le lobe temporal, le lobe pariétal et le lobe frontal. Le lobe occipital est situé à l’arrière du cerveau et est principalement responsable du traitement des informations visuelles. Le lobe temporal est situé derrière les tempes du front et traite principalement les informations sonores (y compris le langage) et certains aspects de la mémoire.

Le lobe pariétal est situé au-dessus de l’oreille et traite principalement les informations sensorielles, tactiles et spatiales. Enfin, le lobe frontal (le plus grand) est situé au-dessus des yeux, à l’avant du cortex. Il est responsable des fonctions cognitives supérieures telles que le raisonnement, la prise de décision et la planification.

On pense que notre cortex frontal très développé sépare les humains de leurs ancêtres primates (Sukel, 2019).

Chaque lobe contient deux types distincts de tissus neuronaux : la matière grise et la matière blanche. La matière grise apparaît de couleur grise et comprend les somas des neurones, les dendrites et les cellules de soutien non neuronales. La matière blanche est de couleur blanche et comprend les axones des neurones, qui servent à établir des connexions entre les zones du cerveau.

La couleur blanche est due à la myéline, une substance grasse enveloppant les axones pour leur permettre d’envoyer des signaux plus efficacement (Sukel, 2019).

Le cerveau contient également de nombreuses régions plus petites ayant des fonctions plus spécifiques. Les régions importantes sont les suivantes :

• L’ hypothalamus – le centre de contrôle des fonctions autonomes telles que la température corporelle et la pression artérielle, ainsi que des comportements tels que la faim, la soif et la libido.
• L’ hypophyse: reliée à l’hypothalamus, elle régule le système endocrinien en sécrétant des hormones impliquées dans le développement sexuel, la croissance osseuse et musculaire et le stress.
• Thalamus : principale « station de relais » qui régule les informations en provenance et à destination du cortex cérébral.
• Ganglions de la base: en liaison avec le cervelet, ils aident à coordonner les mouvements de motricité fine.
• Amygdale : joue un rôle important dans la réponse émotionnelle aux stimuli.
• Hippocampe : responsable de la mémoire à long terme (« Anatomie », 2018).

Neurosciences et psychologie

L’étude scientifique du cerveau est indispensable à l’étude scientifique de l’esprit. Bien que les neurosciences et la psychologie se concentrent sur des domaines différents, les neurosciences traitent du domaine des propriétés physiques, tandis que la psychologie traite du domaine plus abstrait de l’esprit.

Notre capacité en constante évolution à établir une corrélation entre les états cérébraux et les états mentaux signifie que les deux disciplines peuvent s’engager dans un dialogue significatif.

Les scientifiques ont cherché à comprendre la relation entre le cerveau et l’esprit dans la cognition humaine normale et anormale. C’est l’objectif principal des neurosciences cognitives.

Une grande partie de la recherche en neurosciences cognitives se fait par le biais de la neuro-imagerie (qui désigne toute technologie facilitant la visualisation du cerveau), car elle nous permet de « regarder à l’intérieur » du crâne de personnes vivantes.

La forme la plus courante de neuro-imagerie utilisée dans les études de neurosciences cognitives est l’imagerie par résonance magnétique (IRM), qui utilise les réponses des ions hydrogène dans différents contextes pour obtenir des informations sur le cerveau.

L’IRM peut fournir des informations structurelles sur le cerveau, c’est-à-dire des informations sur l’anatomie du cerveau d’une personne, comme la taille des différentes régions, en différenciant les différents types de tissus dans le crâne et en créant une carte physique du cerveau.

Elle peut également fournir des informations fonctionnelles, c’est-à-dire des informations sur l’activité des différentes zones du cerveau, en détectant les régions présentant des niveaux élevés de sang oxygéné, en corrélation avec l’activité cérébrale.

Grâce aux études de neuroimagerie, les neuroscientifiques cognitifs peuvent utiliser les informations structurelles et fonctionnelles pour construire des modèles de cognition humaine et comprendre les rôles des différents systèmes et régions du cerveau dans la pensée et le comportement (Kalra, 2012).

En plus de faire la lumière sur les processus neuronaux qui sous-tendent l’esprit humain en général, les neurosciences ont révolutionné la psychologie clinique en générant des avancées significatives dans notre compréhension des maladies psychiatriques.

En comparant les cerveaux de sujets sains à ceux d’individus souffrant de troubles psychiatriques, les neuroscientifiques ont amélioré notre connaissance des causes de ces maladies et de leurs traitements les plus efficaces.

Par exemple, des études de neuro-imagerie ont suggéré que l’hippocampe de certaines personnes déprimées est plus petit. Ce phénomène pourrait être lié au stress, qui diminuerait la neurogenèse (la production de nouveaux neurones) dans l’hippocampe.

Cette découverte est également cohérente avec les preuves que les antidépresseurs servent à promouvoir la neurogenèse dans l’hippocampe – et comme ce processus prend beaucoup de temps, cela peut expliquer pourquoi les patients ne remarquent généralement pas les effets des antidépresseurs avant plusieurs semaines.

Bien que les antidépresseurs aient des effets directs sur les niveaux de neurotransmetteurs supposés jouer un rôle dans l’humeur, ces résultats suggèrent que la neurogenèse est en fin de compte le mécanisme d’action le plus important et que des médicaments devraient être développés pour cibler spécifiquement la neurogenèse (« Quelles sont les causes », 2019).

Un autre exemple est celui de la schizophrénie. Diverses études neurochimiques, de neuro-imagerie et de modèles animaux ont mis en évidence le rôle prépondérant du neurotransmetteur dopamine dans ce trouble, en particulier les niveaux anormalement élevés de dopamine dans une partie du cerveau appelée striatum. On pense que l’un des rôles de la dopamine est de signaler l’importance des stimuli externes.

Par exemple, la nourriture peut être signalée comme importante parce qu’elle est nécessaire à la survie. Les scientifiques ont donc émis l’hypothèse qu’une activité anormale de la dopamine dans le striatum pouvait donner aux stimuli inoffensifs une importance aberrante chez les personnes atteintes de schizophrénie, donnant lieu à des délires et à des hallucinations à propos des stimuli en question.

Par conséquent, l’un des principaux mécanismes des médicaments antipsychotiques consiste à bloquer les récepteurs de la dopamine (Winton-Brown et al., 2014).

La dopamine est également impliquée dans la dépendance. Ce neurotransmetteur joue un rôle clé dans la motivation et la récompense (une certaine forme de saillance), et l’ingestion de drogues qui augmentent les niveaux de dopamine dans le circuit de la récompense provoque une réponse conditionnée.

En règle générale, ce circuit de récompense est contrôlé par des circuits du cortex préfrontal qui contrôlent les fonctions exécutives, c’est-à-dire la capacité à résister à des envies à court terme au service d’un objectif à plus long terme.

Cependant, chez les personnes souffrant d’addiction, la réponse conditionnée à la drogue est si forte que les circuits de récompense l’emportent sur les circuits préfrontaux, ce qui entraîne une recherche compulsive de drogue, même face à des conséquences négatives (Volkow et Boyle, 2018).

La recherche contemporaine a montré que les neurosciences et la psychologie peuvent travailler ensemble pour un bénéfice mutuel. En apprenant à connaître la relation entre le mental et le physique, nous pouvons mieux comprendre l’un et l’autre.