Examiner le rôle du champ neuroglial dans la conscience.

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À Montréal, plusieurs équipes de recherche s’intéressent à une question aussi fondamentale que mystérieuse : qu’est-ce qui rend possible l’expérience consciente ? Autrement dit, comment le cerveau parvient-il à produire ce sentiment d’être présent au monde, d’avoir des perceptions continues et un point de vue subjectif ? Si les neurosciences ont longtemps cherché la réponse principalement dans l’activité des neurones, un nombre croissant de travaux suggère qu’il faut élargir le regard vers d’autres acteurs du cerveau.Les cellules gliales en font partie; elles régulent et coordonnent l’activité cérébrale à grande échelle [1-2].

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Comme lorsqu’on observe Montréal vu du ciel la nuit, notre attention se porte spontanément sur les lumières qui s’allument et s’éteignent. Dans le cerveau, ces lumières représentent les neurones, dont l’activité électrique rapide dessine le paysage de nos perceptions et de nos pensées. Pourtant, une ville ne fonctionne pas uniquement grâce à ses lampadaires : elle repose aussi sur des infrastructures invisibles qui assurent la distribution et la régulation de l’énergie, ainsi que la cohérence d’ensemble. Sans elles, les lumières perdraient toute organisation et la ville deviendrait imprévisible.

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De plus en plus de résultats expérimentaux invitent à considérer que les cellules gliales pourraient jouer un rôle complémentaire dans le cerveau; en contribuant à maintenir les conditions nécessaires à une activité coordonnée entre les neurones. Plus précisément, la coordination de leur activité électrique et chimique permettrait aux différentes régions cérébrales de fonctionner de manière intégrée, un élément souvent considéré comme crucial pour soutenir une expérience consciente stable [1,3,4,5].

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Les cellules gliales : l’infrastructure vivante du cerveau

Les cellules gliales constituent l’autre grande famille de cellules du cerveau aux côtés des neurones. Longtemps considérées comme de simples cellules de soutien, elles participent en réalité activement au maintien du bon fonctionnement des réseaux neuronaux. Parmi elles, les astrocytes (un type particulièrement abondant) se trouvent au plus près des zones où les neurones échangent de l’information. On peut les imaginer comme des coordonnateurs discrets : ils surveillent l’environnement, ajustent les niveaux de substances chimiques et s’assurent que les neurones disposent de l’énergie nécessaire pour fonctionner correctement. Mais leur rôle ne s’arrête pas là : les astrocytes échangent aussi entre eux des signaux plus lents, capables d’influencer l’activité de vastes régions du cerveau, un peu comme un système de coordination en arrière-plan [2-3].

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Plusieurs observations suggèrent que ces cellules participent à la régulation des états de conscience. Par exemple, certaines anesthésies générales, qui bloquent l’expérience consciente, modifient fortement l’activité des astrocytes en même temps qu’elles perturbent la communication globale du cerveau [4]. Chez l’animal, agir directement sur ces cellules (par des moyens pharmacologiques ou optogénétiques) peut rendre l’éveil plus ou moins probable, ou modifier la manière dont les circuits cérébraux se coordonnent [6-7].

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Les astrocytes jouent aussi un rôle clé dans la gestion de l’énergie du cerveau. Ils contribuent à distribuer le carburant là où il est nécessaire, en fonction de l’activité. Or, pour que l’expérience consciente reste continue sans que les pensées et les perceptions ne se fragmentent, le cerveau doit fonctionner dans des conditions remarquablement stables. De petites perturbations peuvent suffire à désorganiser cette dynamique, comme on le constate lors d’évanouissements ou de pertes de conscience brèves [3,8].

Ces cellules peuvent également libérer certaines molécules qui influencent la force des connexions entre neurones et la capacité du cerveau à s’adapter et à intégrer l’information au fil du temps. Cette capacité à relier les événements dans une continuité est souvent considérée comme essentielle pour comprendre pourquoi notre expérience ne ressemble pas à une succession d’images isolées, mais à un flux cohérent [2].

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Bien sûr, rien n’indique que les cellules gliales « génèrent » directement la conscience. Cependant, plusieurs théories neuroscientifiques suggèrent qu’une expérience consciente stable dépend d’une activité cérébrale bien coordonnée entre différentes régions du cerveau. Les cellules gliales régulent l’environnement chimique des neurones, soutiennent leur activité énergétique et contribuent à la coordination globale des réseaux. Elles pourraient donc participer indirectement à créer les conditions nécessaires à l’émergence de cette expérience consciente [5,9].

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Cette idée devient particulièrement éclairante lorsqu’on observe des situations où la conscience change ou est bloquée, comme pendant le sommeil profond, le coma ou l’anesthésie. Dans ces états, ce n’est pas simplement la quantité d’activité cérébrale qui varie, mais surtout la façon dont les différentes régions du cerveau parviennent, ou non, à fonctionner de manière coordonnée. L’étude de ces transitions suggère que la conscience dépend peut-être moins d’un mécanisme unique que d’un équilibre fragile entre plusieurs processus cérébraux qui doivent rester bien coordonnés [4,8].

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Une science en évolution : élargir les modèles

À Montréal, des chercheurs explorent activement ces questions. Les travaux de Ciaran Murphy-Royal examinent comment les astrocytes réagissent au stress et influencent la dynamique des circuits. De son côté, Keith Murai étudie les interactions entre les neurones et les cellules gliales dans l’apprentissage et la solidification des connexions entre les neurones. Ces recherches s’inscrivent dans un mouvement plus large visant à comprendre le cerveau comme un système intégré, où différents types de cellules contribuent conjointement aux fonctions cognitives [1,3].

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Cette évolution illustre un aspect essentiel de la démarche scientifique : les modèles scientifiques ne sont pas figés. Pendant longtemps, les neurones ont naturellement occupé le devant de la scène, car leurs signaux électriques sont plus faciles à mesurer. Aujourd’hui, des outils expérimentaux plus avancés permettent d’observer des processus plus lents et diffus, révélant ainsi des dimensions auparavant invisibles du fonctionnement cérébral. Parmi ces outils, on compte l’imagerie calcique, qui permet de suivre l’activité des cellules en temps réel, et certaines techniques d’optogénétique, qui permettent de la moduler [2-3].

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Les implications dépassent le laboratoire. Une meilleure compréhension du rôle des cellules gliales pourrait améliorer l’interprétation des signaux cérébraux chez des patient.e.s incapables de communiquer, affiner le diagnostic des troubles de la conscience et éclairer certaines décisions cliniques complexes [8].

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Vers une vision dynamique de la conscience

Plutôt que de chercher un centre unique ou un mécanisme isolé, il devient peut-être plus pertinent de concevoir la conscience comme une propriété émergente d’un système biologique profondément interconnecté. Les nouveaux outils expérimentaux évoqués précédemment permettent justement d’observer et de manipuler l’activité de différents types cellulaires à l’échelle des réseaux. Ces approches ouvrent la possibilité de mieux comprendre comment les neurones et les cellules gliales interagissent pour soutenir la coordination et la stabilité des circuits cérébraux. Étudier ces interactions pourrait ainsi éclairer progressivement les mécanismes biologiques qui rendent possible la continuité de l’expérience consciente [5,9,10].

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À l’image d’une ville dont le fonctionnement dépend autant de ses infrastructures discrètes que de son activité visible, la conscience apparaît moins comme un objet localisable que comme un processus en perpétuelle construction, soutenu par une organisation collective et sensible à de multiples niveaux de régulation.

 

 

Références

1. Allen, N. J., et Lyons, D. A. (2018). Glia as architects of central nervous system formation and function. Science, 362(6411), 181-185. https://doi.org/10.1126/science.aat0473

2. Bazargani, N. et Attwell, D. (2016). Astrocyte calcium signaling: the third wave. Nature Neuroscience, 19, 182-189. https://doi.org/10.1038/nn.4201

3. Verkhratsky, A. et Nedergaard, M. (2018). Physiology of astroglia. Physiological Reviews, 98(1), 239-389.  https://doi.org/10.1152/physrev.00042.2016

4. Mashour, G. A. et Hudetz, A. G. (2018). Neural correlates of unconsciousness in large-scale brain networks. Trends in Neuroscience, 41(3), 150-160. https://doi.org/10.1016/j.tins.2018.01.003

5. Varela, F., Lachaux, J. P., Rodriguez, E. et Martinerie, J. (2001). The brainweb: Phase synchronization and large-scale integration. Nature Reviews Neuroscience, 2, 229-239. https://doi.org/10.1038/35067550

6. Halassa, M. M., Florian, C., Fellin, T., Munoz, J. R., Lee, S. Y., Abel, T., Haydon, P. G. et Frank, M. G. (2009). Astrocytic modulation of sleep homeostasis and cognitive consequences of sleep loss. Neuron, 61(2), 213-219. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2008.11.024

7. Poskanzer, K. E. et Yuste, R. (2016). Astrocytes regulate cortical state switching in vivo. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(19), E2675-E2684. https://doi.org/10.1073/pnas.1520759113

8. Laureys, S., Boly, M. et Maquet, P. (2006). Tracking the recovery of consciousness from coma. The Journal of Clinical Investigation, 116(7), 1823-1825. https://doi.org/10.1172/JCI29172

9. Tononi, G., Boly, M., Massimini, M. et Koch, C. (2016). Integrated information theory: from consciousness to its physical substrate. Nature Reviews Neuroscience, 17(7), 450-461. https://doi.org/10.1038/nrn.2016.44

10. Carhart-Harris, R. L., Leech, R., Hellyer, P. J., Shanahan, M., Feilding, A., Tagliazucchi, E., Chialvo, D. R. et Nutt, D. (2014). The entropic brain: a theory of conscious states informed by neuroimaging research with psychedelic drugs. Frontiers in Human Neuroscience, 8(20), 1-22. https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.00020