Comment le cerveau se reconstruit après une opération

De plus en plus de tumeurs cérébrales deviennent opérables. Pixnio, CC BY-SA

Une zone cérébrale, une fonction : pendant plus d’un siècle, il a été clamé que le cerveau fonctionnait selon un modèle dit localisationniste, dans lequel une zone cérébrale était censée correspondre à une fonction donnée (mouvement, attention, langage ou affect). De fait, toute lésion d’une de ces aires considérées comme critiques se devrait de déboucher sur des conséquences neurologiques sévères et définitives.

Ce modèle rigide a été en grande partie fondé sur l’observation par Paul Broca de seulement deux patients en 1861. Ils présentaient des troubles de la parole suite à un dommage du cerveau dans une région appelée depuis l’aire de Broca et assimilée abusivement à la zone du langage articulé. En effet, il a été démontré grâce aux méthodes d’imagerie moderne qu’en réexaminant ces lésions, elles intéressaient en fait non seulement la surface du cortex cérébral, mais également (voire surtout) de nombreuses connexions profondes constituées par la substance blanche, expliquant pourquoi les patients n’avaient jamais pu récupérer vu que plusieurs réseaux de neurones (et pas simplement une région précise) avaient été gravement endommagés.

Schéma d’un cerveau avec le cortex, la partie la plus externe, puis la substance grise et la substance blanche en profondeur. Jen Christiansen, Derek Jones/Cardiff University

Un ensemble de circuits complexes et multiconnectés

L’essor récent des neurosciences cognitives, basées notamment sur les avancées technologiques de l’imagerie cérébrale fonctionnelle, a effectivement permis d’évoluer vers de nouveaux modèles d’organisation du système nerveux.

Ces derniers reposent sur un fonctionnement en circuits complexes, distribués, chacun connectant de nombreuses zones corticales reparties sur l’ensemble des deux hémisphères. Les circuits générent, grâce à leur synchronisation les fonctions cérébrales, depuis les plus unitaires (comme la vision ou la sensibilité) jusqu’aux plus intégrées (comme la prise de décision ou la créativité).

Les interactions sont en effet infinies entre les différents sous-réseaux. Le réseau du langage, par exemple, implique non seulement le sous-réseau de la production orale de la parole, mais aussi celui participant au traitement syntaxique ou sémantique de l’information verbale ainsi qu’entre plusieurs réseaux, comme ceux impliqués dans la mémoire à court terme et l’attention.

La neuroplasticité : quand le cerveau se réorganise pour guérir

Cette organisation dynamique explique pourquoi le cerveau humain a une capacité massive de neuroplasticité :il est doué d’un potentiel de redistribution, à court, moyen et long-terme, afin d’optimiser son fonctionnement et de s’adapter aux diverses sollicitations. Ainsi, les processus cérébraux ne sont pas immuables mais reposent sur une succession d’états d’équilibre avec réorganisation perpétuelle, en réponse à des facteurs à la fois intrinsèques et environnementaux.

Cette neuroplasticité permet le développement cérébral, elle sous-tend l’apprentissage, et rend possible la compensation fonctionnelle lors du vieillissement mais aussi à la suite d’éventuels dommages cérébraux (tels que des traumatismes, lésions vasculaires ou tumeurs).

En d’autres termes, au-delà des neurosciences fondamentales, cette meilleure compréhension du connectome cérébral (l’organisation en circuits neuronaux parallèles, à large échelle, avec des interactions changeantes) a par ailleurs d’importantes implications médicales concernant le traitement des patients cérébro-lésés.

Opérer l’inopérable

Par exemple, de nombreuses observations de récupération fonctionnelle suite à une lésion d’une région classiquement considérée comme cruciale dans un modèle localisationniste rigide (en particulier l’aire de Broca) ont été rapportées, notamment après une ablation chirurgicale de tumeurs pourtant jusqu’à présent réputées inopérables.

De telles opérations sont de plus en plus réalisées chez des patients éveillés (le cerveau n’ayant pas de récepteur à la douleur), afin de bénéficier d’un véritable bilan neuropsychologique en temps réel dans la salle d’intervention.

Un patient atteint d’une tumeur cérébrale joue de la guitare pendant l’opération chirurgicale.

C’est ainsi qu’une carte individuelle des fonctions cérébrales est effectuée, permettant en conséquence l’ablation de la tumeur envahissant les structures compensables, tout en épargnant les réseaux neuronaux essentiels. Ces chirurgies sous anesthésie locale ont débouché sur une majoration significative de l’espérance de vie des patients porteurs d’une tumeur cérébrale, avec en parallèle une préservation de leur qualité de vie.

Par ailleurs, elles ont démontré le potentiel majeur de neuroplasticité et permis une meilleure compréhension des mécanismes qui sous-tendent une telle redistribution des circuits de neurones, grâce à l’observation directe du fonctionnement cérébral in vivo.

En effet, la réalisation d’examens neuroimagerie fonctionnelle non invasives avant et après intervention en régions critiques et pourtant chez des patients ayant récupéré une vie normale, a démontré une modulation dynamique de ces réseaux distribués, expliquant comment la compensation neurologique a pu survenir.

Vers des interventions de plus en plus personnalisées

Une telle connaissance rend possible l’élaboration de programmes de rééducation cognitive adaptés à l’échelon individuel, à même de potentialiser la qualité de récupération post-opératoire. Une étape supplémentaire a débouché sur une seconde voire troisième intervention chirurgicale en cas de ré-évolution tumorale des années après l’opération initiale, avec une majoration de l’étendue de l’ablation lésionnelle en comparaison par rapport à la première intervention, tout en préservant la qualité de vie, grâce à une modification des cartes fonctionnelles cérébrales survenue au fil des ans, et démontrée pendant l’éveil du patient lors de la ré-opération.

Un atlas probabiliste de neuroplasticité a récemment été créé sur la base de ces données uniques, non seulement permettant de prédire quelle sera l’étendue de la résection chirurgicale avant même d’aller au bloc opératoire, mais également avec d’autres applications dans le domaine de la neurologie clinique – telle que l’estimation des chances de récupération à la suite d’une lésion cérébrale (par exemple après un accident vasculaire).

En synthèse, la combinaison des bilans neurocognitifs, de l’imagerie fonctionnelle chez les volontaires sains ou chez les patients cérébro-lésés, et les informations originales issues des cartes fonctionnelles dressées lors de chirurgies éveillées réalisées pour ablation de tumeur cérébrales, a résulté en une modélisation optimisée du connectome humain.

Elle repose sur une identification des réseaux neuronaux (constitués de mosaïques d’aires corticales interconnectées par des fibres sous-corticales de substance blanche) impliqués aussi bien dans le mouvement et le contrôle de l’action, le langage, les fonctions cognitives telles que l’attention, la mémoire, la multitâche, ou la flexibilité mentale, différents niveaux de conscience (de soi et de l’environnement), que dans la théorie de l’esprit et la mentalisation (à savoir, la capacité de percevoir les états mentaux d’autrui et d’en inférer les intentions, respectivement) – pour n’en citer que quelques-uns.

L’intégration inter-réseaux permet pour la première fois de mieux appréhender les fondations neurales du comportement humain, très variable d’un individu à l’autre voire chez le même sujet au cours du temps. Le prochain défi, sur la base de cette connaissance rompant définitivement avec l’ancien dogme localisationniste, serait de tendre vers une restauration fonctionnelle chez les patients cérébro-lésés, en stimulant notamment la re-modulation des réseaux de neurones via le développement de l’interface cerveau-machine.