Comprendre le lobe frontal, chef d'orchestre du cerveau

Le lobe frontal construit et contrôle nos comportements les plus complexes tels que la prise de décision, la créativité et le raisonnement par analogie, la génération des comportements volontaires et l'organisation du langage. L'équipe de Michel Thiebaut de Schotten à l'Institut du cerveau et de la moelle épinière, identifie, dans cette partie du cerveau, 12 aires cérébrales dédiées à des fonctions différentes, des plus simples, comme la motricité, aux plus complexes, comme le comportement social. Ces travaux publiés dans le journal Cerebral Cortex, ouvrent la voie à de nouveaux tests diagnostiques de pathologies cérébrales associées au lobe frontal comme l'autisme, les troubles de l'attention et l'hyperactivité chez l'enfant.


Le lobe frontal est une région du cerveau responsable de la coordination motrice volontaire et du langage. Il contient les aires qui contrôlent la coordination musculaire et les mouvements rythmiques de la tête et du cou, comme la mastication et la déglutition. Il renferme également les centres de la mémoire, de la prise de décision, de la créativité et du raisonnement par analogie. Des lésions du lobe frontal peuvent entrainer une désorganisation des fonctions exécutives, nécessaires pour s'adapter à des situations nouvelles, et une altération du comportement social.

Les neurosciences modernes sont fondées sur l'idée que la plupart des fonctions cognitives sont liées à l'activité de régions très localisées du cerveau. Cependant, loin d'être cantonnées à une région précise, ces fonctions dépendent de l'activité coordonnée de différentes régions.

Pour explorer l'organisation des lobes frontaux en fonction de leur architecture et de leur connectivité, Michel Thiebaut de Schotten et ses collaborateurs ont utilisé la tractographie des IRM de diffusion, une méthode qui permet de suivre les fibres blanches (axones des neurones qui assurent la transmission de l'information nerveuse) et donc la connectivité cérébrale, et mis à profit le Big Data en analysant plusieurs banques de données d'imagerie cérébrale de cerveaux humains:
- Human Connectome Project, http://www.humanconnectome.org
- Big Brain https://bigbrain.loris.ca
- Neurosynth http://neurosynth.org

Cette étude a permis aux chercheurs de définir 12 aires cérébrales dans la partie frontale du cerveau en fonction de leurs connexions anatomiques. Ces aires se superposent très bien avec leur spécialisation fonctionnelle, des plus simples, comme la motricité, aux plus complexes, comme le comportement social. Ainsi, l'équipe de Michel Thiebaut de Schotten a pu conclure que la fonction de chacune de ces aires dépend de la nature de ses connexions cérébrales.

Ces travaux confirment également une organisation antéro-postérieure du lobe frontal. L'arrière du lobe frontal est associé à des aires qui contrôlent les mouvements simples tels que le mouvement du pied, de la main alors que l'avant du lobe correspond aux aires associées à des fonctions plus complexes comme l'estimation de la valeur des choses, le comportement social. Ainsi les fonctions élaborées de planification se trouvent préférentiellement à l'avant du cerveau.

Enfin, en analysant plus précisément l'anatomie de ces régions, les chercheurs ont observé qu'à l'avant du lobe frontal, la quantité de myéline, qui permet la transmission rapide de l'information nerveuse, diminue, ce qui se traduit par un traitement de l'information beaucoup plus lent au niveau de cette zone. En contrepartie, des analyses plus poussées ont mis en évidence un plus grand nombre de connexions entre les neurones à l'avant du cerveau où le traitement de l'information est donc intégratif.

Cette méthode apporte une explication anatomique au fonctionnement du lobe frontal et permet également de quantifier les différences individuelles. En effet, même si les hommes possèdent tous un cerveau globalement identique, son organisation diffère d'un individu à un autre. Chaque cerveau peut avoir un fonctionnement différent pour se repérer et s'orienter dans un lieu par exemple.

Le décryptage de cette organisation architecturale peut aider au diagnostic de maladies neurodégénératives et du développement du système nerveux. Ces nouveaux marqueurs anatomiques du comportement seront appliqués très prochainement aux pathologies cérébrales associées au lobe frontal comme l'autisme, les troubles de l'attention et l'hyperactivité chez l'enfant afin de tester leur pouvoir de diagnostic.