Versione classicaVersione mobile

Le vieillissement actif dans tous ses éclats

 | 
Laurent Nisen
, 
Sylvie Carbonnelle
, 
Thibauld Moulaert

Partie 1 Vieillissement et activité : les philosophes et le biologiste

Plasticité du cerveau et maintien de l’activité

Philippe van den Bosch de Aguilar

Testo integrale

Vivre, c’est vieillir, et cesser de vieillir, c’est cesser de vivre.
Tacite

1Tout au long de la vie, les cellules qui composent les organes du corps sont altérées, meurent et sont éliminées. Normalement, cette mort est compensée par des divisions de cellules souches et de nouvelles cellules remplacent les cellules perdues. Les fonctions des organes sont ainsi maintenues mais elles se détériorent avec la diminution progressive de l’efficacité du processus de renouvellement. Cette dérive du processus caractérise le vieillissement et ouvre aux pathologies qui y sont associées. Le cerveau échappe à ce processus de renouvellement, à l’exception de quelques régions, comme les cellules sensorielles de la muqueuse olfactive. Formé à 95 % à l’âge de cinq à six ans, le cerveau subit encore quelques remaniements jusqu’à l’âge de vingt ans et le capital cellulaire présent à cet âge perdure toute la vie ! Comme les autres cellules, les cellules nerveuses ou neurones subissent des agressions et la perte cellulaire moyenne est estimée de l’ordre de dix mille neurones par jour… ce qui ne représenterait cependant que 3 % du capital cellulaire neuronal durant une vie de quatre-vingts ans. Par ses particularités, le neurone apparaît donc mieux « armé » que les autres cellules pour résister aux agressions. On peut sans doute attribuer, au moins en partie, cette résistance exceptionnelle à une exploitation plus large du patrimoine génétique. La plupart des cellules du corps utilisent trois à quatre mille gènes pour leur maintenance et leurs fonctions, les neurones de vingt à trente mille. En utilisant un plus grand registre de potentialités réparatrices, ils anticipent et pallient vraisemblablement leur défaut fondamental, l’absence de renouvellement. Un autre caractère de résistance des neurones repose sur leur organisation en réseaux. Cette organisation crée une plasticité qui permet une adaptation à des conditions défavorables. La plasticité émerge au cours de l’évolution de l’espèce humaine, elle est à la base du développement propre du cerveau humain, des performances qu’il peut réaliser et de ses capacités de résistance. Maintenir cette plasticité garantit l’efficacité de la fonction cérébrale et l’activité de l’individu qui l’exprime. Mais comment assurer son maintien et la qualité de son expression au cours du vieillissement ?

Le cerveau est sculpté par l’environnement

2Au cours du développement du système nerveux, les neurones établissent entre eux des connexions, les synapses, et forment des réseaux. Les grandes voies nerveuses motrices, sensorielles, etc. sont tracées selon le programme génétique porté par l’organisme. Mais celui-ci n’est pas le seul acteur de la formation des réseaux, l’interaction avec l’environnement intervient pour sculpter les réseaux existants. La formation des régions cérébrales et des fonctions détenues par leurs réseaux repose sur une sélection des populations de neurones qui s’effectue en trois étapes (Edelman, 2004) :

  • la première est celle qui détermine l’anatomie de base des voies nerveuses : les neurones formés ensemble se connectent durant les phases embryonnaire et fœtale ;
  • la deuxième accompagne la première : en fonction des stimulations reçues, de leur intensité et de la richesse de leurs interactions, certaines connexions sont renforcées, d’autres affaiblies ou même perdues ;
  • durant la troisième étape, qui se poursuit au cours du développement, des connexions entre réseaux sont établies tant localement que sur de longues distances : les échanges de signaux ainsi créés permettent de coordonner l’activité des différentes zones cérébrales dans le temps et dans l’espace.

3Au cours des premières années de la vie, la maturation du cerveau sera le résultat des interactions : ce qui est stimulé sera préservé, ce qui ne l’est pas sera dégradé. Plus de la moitié des réseaux sera ainsi « nettoyée » par défaut de stimulations. Schématiquement, les réseaux sont ainsi organisés durant le développement et la maturation cérébrale en différents niveaux hiérarchiques mais, même s’ils bénéficient d’une certaine spécialisation, ils restent toujours connectés entre eux. Quelle que soit l’activité réalisée, le cerveau fonctionne en permanence en mobilisant l’ensemble de ses réseaux. Les premiers niveaux hiérarchiques sont ceux qui relient les réseaux cérébraux aux organes du corps et des sens, aux muscles, aux articulations, etc. Ces réseaux sont gestionnaires de la vie et des activités vitales primaires, sensations, mouvements, etc. Un deuxième niveau de réseaux assure la coordination de ces activités vitales, par exemple se diriger dans une direction, résister à des agressions en fuyant ou en luttant, chercher de la nourriture, etc. Un troisième niveau permet de mémoriser les sensations et les actions et de sélectionner ainsi un comportement adéquat dans une situation donnée, qui sera fonction de l’histoire de l’individu et de ses expériences. Le quatrième niveau est celui qui associe aux comportements une sensation de plaisir-récompense ou de peine-punition, des émotions. Un cinquième niveau assure les activités générales de coordination et les activités cognitives. À ce niveau, une partie du cerveau, le cortex préfrontal, joue un rôle essentiel, comparable à celui d’un chef d’orchestre dans l’exécution d’une symphonie. Au cours de l’évolution, c’est ce cinquième niveau et plus particulièrement le cortex préfrontal qui présente chez l’homme une extension considérable. C’est cette région qui est dépositaire des spécificités humaines de projet, d’intention, d’empathie, de socialisation, de culture, etc., ayant permis l’interaction des hommes entre eux et avec l’environnement.

4Le cerveau humain est donc sculpté par l’environnement, les sensations qu’il reçoit, les activités qu’il déploie, les relations qu’il établit, etc. Cette sculpture crée et stimule la plasticité neuronale, sa capacité d’adaptation, qui est aussi le substrat de l’individuation. Au cours du développement, les expériences d’un individu s’inscrivent dans l’ensemble de ses réseaux neuronaux. Toute expérience originaire de l’environnement et/ou du corps y laisse une trace engendrée par la perception et ses différents niveaux d’inscription, conscients ou inconscients. La trace est dynamique et sujette à des modifications, ce qui sous-tend la plasticité du réseau neuronal. La plasticité neuronale, sculptée par les expériences, est ainsi à la base de l’émergence de l’individualité (Ansermet, Magistretti, 2011). Ce faisant, elle affranchit le sujet de son déterminisme génétique. Tout en conservant dans son corps les acquis de l’évolution, l’individu humain s’en échappe en créant, par l’augmentation de ses performances cérébrales, un nouveau registre de relations avec son environnement, l’ordre mental.

5La sculpture cérébrale active au cours du développement est le fruit de l’évolution (van den Bosch de Aguilar, 2012). En effet, l’homme se distingue de ses plus proches parents par son manque de spécialisations et d’adaptations à un milieu spécifique. Contrairement aux animaux, il agit et adapte le milieu à ses exigences. On peut lier cette orientation évolutive à la prématuration du nouveau-né humain. Comparée à celle des singes anthropoïdes, la gestation humaine est plus courte (d’environ deux mois) car la croissance céphalique plus importante impose une libération prématurée afin que la tête puisse franchir le périmètre pelvien. Mais cette prématuration impose la prise en charge du nouveau-né, dépourvu de toute défense, durant la période de développement. Elle permet l’apprentissage des caractères propres à l’humain, d’abord au niveau familial puis au niveau social. Durant cette période, le cerveau, encore en formation, est particulièrement sensible aux stimulations et la sculpture des réseaux neuronaux est exaltée. L’humain devient ainsi individu et est défini en tant que tel par le jeu de ses relations avec les autres humains.

6Dans le cerveau, aucun neurone n’est isolé et chacun d’eux participe par ses contacts à une communauté plus ou moins étendue, et donc à l’ensemble du cerveau. La sculpture des réseaux de neurones durant le développement ainsi que le maintien de leur architecture et de l’efficacité de leur action durant la vie d’un individu dépend d’un double flux d’informations :

  • un flux qui peut être qualifié de centrifuge, supporté par les médiateurs nerveux et leurs récepteurs, agissant sur les organes cibles du corps (muscles, viscères, etc.) et permettant l’insertion et l’action de l’individu dans son environnement ; il est originaire des centres cérébraux supérieurs et est sous la domination du cortex préfrontal au plus haut niveau hiérarchique ;
  • un flux qui peut être qualifié de centripète, supporté par les substances dites neurotrophiques. Elles sont libérées par les organes du corps et les neurones, sous l’effet des stimulations, et remontent les voies et les réseaux de neurones.

7Seules les cellules nerveuses ayant établi des contacts entre elles et avec les organes cibles survivront chez l’adulte. L’insertion dans le réseau nerveux, qui entraîne l’inhibition de la capacité de division et donc de prolifération, induit dans la cellule nerveuse une potentialité de résistance, supportée par le double flux d’informations, qui lui permettra d’assurer la continuité de ses fonctions durant toute la vie de l’organisme.

8Au cours de la vie, la survie et les performances des réseaux neuronaux dépendent de ce dialogue entre le cerveau et le corps. Un réseau neuronal moins actif conduira à moins de stimulations et de ce fait à une réponse plus faible des organes-cibles. Inversement, une dégénérescence des organes-cibles conduira à une plus faible production de substances neurotrophiques et à une extinction progressive des stimulations nerveuses. C’est la perturbation du dialogue qui peut conduire à la perte de neurones tant durant le développement qu’au cours du vieillissement. Les neurones sensoriels et effecteurs – qui représentent environ 20 % de la population neuronale totale – étant situés à proximité des sources neurotrophiques, sont les moins vulnérables. Par contre, dans les niveaux supérieurs de hiérarchie neuronale, depuis la moelle jusqu’au cortex – qui représentent 80 % de la population neuronale – la vulnérabilité est d’autant plus grande que le niveau est élevé. À ces niveaux, l’apport en substances trophiques sera d’autant plus faible que la source est éloignée et qu’elles seront plus diluées au cours de leur progression dans les méandres du réseau. Ceci peut expliquer les altérations observées au cours du vieillissement qui touchent d’abord les territoires dévolus aux fonctions d’associations, hiérarchiquement supérieures, tandis que les autres territoires sont atteints plus tardivement. La stimulation des organes périphériques joue donc un rôle déterminant. D’une part, elle stimule la libération de substances trophiques et enrichit donc le réseau et, d’autre part, en privilégiant les voies porteuses de la stimulation, elle limite l’effet de dilution permettant un apport relativement plus important aux niveaux hiérarchiquement plus élevés. Stimuler le corps, c’est entretenir le cerveau !

Le vieillissement modifie la sculpture cérébrale

9L’involution qui affecte le tissu nerveux au cours du vieillissement se manifeste essentiellement par des pertes et des altérations de ses constituants cellulaires ainsi que par des accumulations de produits « anormaux » ou déchets, ce qui entraîne évidemment des perturbations dans la fonction nerveuse (Kelly et al., 2006). Cette involution peut conduire à des manifestations pathologiques, dont la maladie d’Alzheimer (Perl, 2010). Quelles sont les principales dégradations qui apparaissent dans le système nerveux âgé ? Au niveau macroscopique, la dégradation la plus évidente est l’atrophie du cerveau : au cours de la vie, son volume diminue d’environ 2 % par décennie à partir de cinquante ans. Au niveau microscopique, la perte de neurones touche préférentiellement certaines régions (par exemple le cortex) tandis que d’autres (par exemple les noyaux du tronc cérébral) sont relativement épargnées. Cette perte conduit à la soustraction progressive de réseaux dans le cortex, diminuant ainsi les possibilités d’associations intra- et inter-hémisphériques.

10Le maintien de la survie et de la fonction neuronale au cours du vieillissement peut être compris comme le résultat d’une balance entre actions trophiques et toxiques et l’altération neuronale comme un déséquilibre en faveur des actions toxiques. Différents dysfonctionnements caractéristiques marquent le tissu nerveux vieillissant (Sahin, DePinho, 2010). La dégradation des produits de déchets se fait moins efficacement et ils s’accumulent dans la cellule sous forme de dépôts à structure complexe (les lipofuscines). La production de l’énergie dans la cellule est assurée par de petits organites, les mitochondries. En fabriquant de l’énergie, celles-ci génèrent des produits dérivés, comme l’eau oxygénée et les radicaux libres. Ces derniers peuvent provoquer des dégâts importants dans la cellule. La dérive des systèmes de protection, comme les substances antioxydantes, au cours du vieillissement mène à une augmentation des altérations dans la cellule et à sa mort. Les systèmes de soutien du neurone subissent des modifications qui conduisent à l’apparition d’enchevêtrements des filaments de leur squelette cellulaire, ce qui perturbe les transports de substances dans la cellule. La dernière manifestation importante est l’apparition de dépôts de protéine amyloïde en dehors des cellules : les plaques séniles. Normalement présentes dans tous les cerveaux vieillissants, les plaques séniles envahissent les cerveaux de personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer et constituent une des causes de la maladie.

11Dans l’équilibre de la balance entre actions trophiques et toxiques, la stimulation des organes périphériques joue un rôle déterminant. D’une part, elle stimule la libération de substances trophiques et enrichit donc le réseau, d’autre part, en privilégiant les voies porteuses de la stimulation, elle limite l’effet de dilution permettant un apport relativement plus important aux niveaux hiérarchiquement plus élevés. La stimulation au sens large, qui couvre les rapports que l’organisme entretient avec son environnement – c’est-à-dire son comportement – peut alors être comprise comme un élément structurant, donneur d’informations, du réseau neuronal. À partir de cette évidence, le vieillissement qui est la manifestation biologique de l’augmentation de la longévité, peut être interprété comme un processus de thésaurisation des informations au niveau de l’espèce. Dans une perspective évolutive, il peut être considéré comme un mécanisme d’adaptation de l’espèce humaine dépourvue de spécialisation particulière et de niche écologique propre, destiné à augmenter son potentiel de survie par une appréhension plus large de son environnement. Dépositaire du registre des informations reçues au cours de la vie, le système nerveux disposera d’une gamme de possibilités d’appréhension d’autant plus étendue que la longévité est grande.

12La structuration du réseau neuronal par les champs d’information constituera donc un mécanisme de résistance, à acquisitions extrinsèques, qui s’opposera aux processus de dégradation déterminés intrinsèquement et la détérioration liée au vieillissement sera d’autant plus importante que l’information du vivant est plus faible. Le fait que le registre d’informations soit spécifique à chaque personne, tant en qualité qu’en quantité, peut expliquer la grande variabilité individuelle des manifestations du vieillissement, celles-ci étant liées à l’histoire de chaque organisme. Le vieillissement somatique est sans doute le phénomène primaire et le vieillissement nerveux dépend du déroulement de celui-ci. De façon caricaturale, le cerveau vieillit par le corps interposé. Ceci implique que l’altération des récepteurs et des effecteurs, interfaces du système nerveux avec l’environnement, sera un événement déterminant dans l’induction de la dégradation neuronale. Envisagés en tant qu’éléments complémentaires et indissociablement liés dans l’exécution des fonctions vitales, le versant somatique de l’organisme apparaît ainsi le plus vulnérable et le versant nerveux le plus résistant. La plus grande résistance des cellules nerveuses peut sans doute être attribuée au fait qu’elles ne peuvent se multiplier chez l’adulte. En préservant leur potentiel génomique proche des capacités embryonnaires, celui-ci leur confère des aptitudes particulières de compensation et de lutte contre les processus de dégradations. Cependant, le maintien de ces aptitudes nécessite impérieusement la stabilité des relations entre les neurones et les organes cibles, relations qui sont établies au cours du développement et qui, à ce moment, ont déterminé la survie des neurones et leur spécificité dans le réseau neuronal adulte.

13Au cours du vieillissement, les atteintes subies par les neurones entraînent leur mort et donc la perte de leurs connexions, ce qui crée des zones silencieuses dans le réseau. Les connexions les plus fragiles sont celles qui ont été les moins renforcées. Face à cette situation, les neurones voisins peuvent réagir et, par extension de leurs prolongements, occuper les sites laissés vacants. La plasticité cérébrale repose sur ce mécanisme. Des stimulations appropriées recréent les connexions et les renforcent. Une telle évolution se déroule en permanence dans le cerveau vieillissant pour compenser les pertes neuronales et la dérive des circuits. Ce processus est déficient dans la maladie d’Alzheimer, où les pertes ne sont pas compensées.

Les perspectives : stimuler les processus d’action

14Par le capital génétique qu’elle a hérité de son évolution, l’espèce humaine satisfait aux tendances qui l’entraînent vers une augmentation de son espérance de vie. Comparée aux autres espèces, son emprise plus grande sur le milieu lui permet en effet d’en limiter les aléas et les effets néfastes, ce qui module cette espérance de vie. Les effets les plus triviaux de cette emprise sont les découvertes scientifiques et médicales et les progrès technologiques qui en découlent. Ils jalonnent l’histoire de l’humanité, améliorant les conditions de vie de l’homme dans son milieu (parfois de façon irréfléchie et souvent en prenant des risques) et la qualité de la vie elle-même, en limitant les pathologies, en remédiant aux dégradations ou en les compensant et, sans doute bientôt, en corrigeant des défauts génétiques.

15Mais cette emprise a aussi un effet sur le cycle de reproduction. Dans un milieu défavorable, l’organisme qui est soumis aux hasards de ce milieu sacrifie sa propre longévité au bénéfice d’une progéniture abondante, qui sera soumise à la sélection. Par contre, la domination du milieu permet de limiter la progéniture tout en préservant la longévité des géniteurs. Le cycle de reproduction de l’espèce humaine reflète la continuation, dans le temps de vie, de la structuration croissante du système « être vivant – milieu » portée par le processus évolutif. L’augmentation du temps de développement post-natal et de maturation sexuelle est une possibilité offerte d’accroître l’ordre et la structuration des relations de l’être en devenir avec son milieu. Si une plus grande longévité, avec comme conséquence le vieillissement, n’a plus de finalité apparente au niveau biologique, elle trouve sa finalité au niveau socioculturel, dans le temps de l’humain. L’augmentation concomitante au cours de l’évolution de trois paramètres – la longévité, le potentiel cérébral, la période de développement – concourt à optimaliser la structuration de l’espèce humaine dans le temps socioculturel. Cette structuration est d’abord individuelle, car un des traits de la condition humaine est la spécificité de l’information que porte chaque individu, mais elle est aussi collective car, à chaque génération, la connaissance doit être renouvelée. La coexistence, au sein d’une même population, d’individus d’âges très diversifiés favorise cette structuration, par l’accès à un nombre plus important d’individus porteurs d’informations à des états différents de maturation.

16Si le vieillissement du système nerveux est compris comme un processus dynamique de dégradation et de régénération évoluant en équilibre avec le corps et l’histoire de l’organisme, l’éveil de ses potentialités de plasticité peut être réalisé par deux approches.

17Une première approche est d’agir sur le capital génétique, acteur des programmes involutifs et maître du déroulement du temps de vie. Elle consisterait à freiner les dégradations, mais il faudrait pour cela identifier d’abord les processus qui déterminent la mort neuronale, l’installation des altérations comme les enchevêtrements de filaments et les plaques séniles ainsi que l’évolution du vieillissement normal vers la pathologie de la démence, et ensuite mettre en œuvre les moyens de les combattre.

18Une seconde approche est d’agir sur l’interface « être vivant – milieu » en optimalisant les conditions d’insertion de l’individu. Elle vise à maintenir ou améliorer, par des influences externes, la structuration du réseau et sa plasticité. Des stimulations appropriées, libératrices de substances trophiques, pourront le rendre plus résistant à la dégradation et faciliter les transferts de fonctions. Cette démarche permet de sauvegarder et d’optimaliser les fonctions intactes en agissant sur la plasticité neuronale (Lövdén et al., 2010 ; Grady, 2012). Cette perspective ne relève pas d’une approche organique mais fait appel à l’ensemble des moyens dont disposent les sciences neurologiques, psychologiques, sociologiques, etc. pour maintenir une insertion appropriée de l’organisme humain dans son environnement et de ses relations avec les autres. En fait, agir prioritairement sur le niveau hiérarchique le plus élevé du cerveau – le cortex préfrontal – en utilisant les fondements mêmes de la structuration du cerveau humain durant le développement où l’activité dans l’environnement et avec l’autre est source de plasticité (Badre et al., 2009).

19Dans cette perspective d’insertion, l’environnement social joue un rôle primordial, sans doute plus important que les facteurs de santé, ainsi qu’en témoignent les paramètres favorables à une longévité de qualité déterminés par l’étude des « survivants » de la Bonn Longitudinal Study of Ageing (Rudinger, Thomae, 1990). Ces paramètres sont une activité intense et complexe, une mobilité dans les occupations journalières, un projet de vie important et un engagement social majeur. Chaque temps de vie a ses exigences propres et ses possibilités particulières, mais il reste à déterminer les conditions propres du milieu qui permettent leur pleine expression. C’est cependant par cette voie, qui prolonge la spécificité évolutive humaine de l’emprise sur le milieu, qu’on peut espérer réaliser les potentialités humaines, y compris durant la période de vieillissement. De façon peut-être paradoxale, c’est en agissant sur les paramètres biologiques caractérisant le cerveau humain durant son développement que la qualité de son activité peut être maintenue durant le vieillissement !

Bibliografia

Bibliographie

Ansermet F., Magistretti P., 2011, À chacun son cerveau. Plasticité neuronale et inconscient, Paris, Odile Jacob.

Badre D., Hoffman J., Cooney J. W., D’Esposito M., 2009, Hierarchical cognitive control deficits following damage to the human frontal lobe, Nature Neuroscience, 12, pp. 515-522.

Edelman G. M., 2004, Plus vaste que le ciel. Une nouvelle théorie générale du cerveau, Paris, Odile Jacob.

Grady C., 2012, The cognitive neuroscience of ageing, Nature Review Neuro-science, 13, pp. 491-505.

Kelly K. M., Nadon N. L., Morrison J. H., Thibault O., Barnes C. A., Blalock E. M., 2006, The neurobiology of aging, Epilepsy Research, 68S, S5-S20.

Lövdén M., Bäckman L., Linderberg U., Schaefer S., Schmiedek F., 2010, A theoretical framework for the study of adult cognitive plasticity, Psychological Bulletin, 136, pp. 659-676.

Perl D. P., 2010, Neuropathology of Alzheimer’s Disease, Mount Sinai Journal of Medicine, 77, pp. 32-42.

Rudinger G., Thomae H., 1990, The Bonn longitudinal study of aging, in p. B. Baltes, M. M. Baltes (Eds.), Successful Aging, Cambridge, Cambridge University Press, pp. 265-295.

Sahin E., DePinho R. A., 2010, Linking functional decline of telomeres, mitochondria and stem cells during ageing, Nature, 464, pp. 520-528.

van den Bosch de Aguilar Ph., 2012, Comment le cerveau devient humain, in B. Bourgine, B. Feltz, P. J. Laurent, Ph. van den Bosch de Aguilar (Éds.), Darwinismes et spécificités de l’humain, Louvain-la-Neuve, L’Harmattan/Academia, pp. 145-162.

Autore

Biologiste et chercheur au Laboratoire de biologie cellulaire de l’Institut des sciences de la vie. Il est professeur ordinaire émérite de l’Université catholique de Louvain.

© Presses universitaires de Louvain, 2014

Condizioni di utilizzo http://www.openedition.org/6540

Cerca su OpenEdition Search

Sarai reindirizzato su OpenEdition Search