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Du nerf au neurone, du neurone au réseau neuronal

Les explications et objets de recherche en neurobiologie sont progressivement passés du simple (la fibre nerveuse)  au complexe (le réseau fonctionnel), ce qui amène un progès considérable.


PLAN DE L'ARTICLE

1. Des nerfs aux neurones

En neurologie, le modèle explicatif par les nerfs en tant que fibres conductrices organisant les réflexes remonte à Renée Descartes (XVIIe) et sera développé au XVIIIe siècle. Les explications physiologiques font intervenir les nerfs en tant que fibres conductrices dans les régulations, les réflexes et les sensations. Le terme central de ces explications est le "nerf" et son élément constitutif, la "fibre nerveuse". Jean Gaël Barbara propose d'attribuer à cette conception la dénomination de "paradigme nerveux".

Pour Magendie (Précis élémentaire de physiologie, p. 211 à 221), le système nerveux se compose du cerveau, du cervelet, de la moelle épinière et des nerfs. La masse du cerveau est formée d'une matière ou substance molle et pulpeuse. On y distingue deux substances, la blanche et la grise. Toutes deux sont formées de "globules". Dans la substance blanche "il prennent l'apparence de fibre" et dans la grise, "ils paraissent entassés confusément". Les nerfs sont composés de "filaments'" nommés "fibres nerveuses".

Le terme de « neurone » fut introduit dans le vocabulaire médical en 1881 par l'anatomiste allemand Heinrich Wilhelm Waldeyer. Il fallait, pour que le neurone s'affirme, que la notion de cellule soit admise ce qui vint grâce à Matthias Schleiden (1838) et Theodore Schwann(1839). Il a fallu aussi que la technique microscopique progresse, ce qui s'est fait à partir du milieu du siècle.

A la fin du XIXe siècle, la neurophysiologie change progressivement d'objet. S’éloignant de l'étude des nerfs, elle s'intéresse aux neurones mis en évidence précédemment par les études histologiques. Le neurone devient central dans les explications, qu'il soit pris en compte isolément ou dans des groupements. Surtout il devient une unité fonctionnelle. Le neurone permet un remaniement des explications physiologiques autrefois expliquées par des interactions nerveuses et ouvre sur d'autres problèmes qui peuvent être résolus par la même approche. Pour Barbara, on peut parler de "paradigme neuronal".

2. Des neurones aux réseaux

Les évolutions théoriques et techniques en informatique ont joué un rôle non négligeable dans cette évolution. Dans les années 1980, avec le connexionnisme, ont été inventés des dispositifs en réseau capables d’entretenir une activité dynamique, c’est-à-dire de produire un signal de façon autonome.

C'est à la fin du XXe et au début du XXIe siècle que l'on pense en terme d'organisation et de système.  Le changement est noté par Jacques Neyrinck qui rappelle que c'est la "complexe organisation du cerveau qui en fait la puissance et non pas le composant de base", qui est le neurone (Introduction aux réseaux neuronaux, p. 9).

Dans le même ouvrage les auteurs définissent le réseau neuronal comme "un ensemble d'éléments reliés entre eux par des liens" dont "les interactions entre éléments ne sont pas de simples appositions, mais des liens". "Dans un réseau neuronal biologique, les nœuds sont les neurones et les interactions entre les neurones ont lieu au niveau des synapses..." (p. 19-20)

Un réseau neuronal peut être conceptualisé en terme de système.

Nous résumerions les connaissances contemporaines de la manière suivante : le fonctionnement cérébral peut se concevoir sous des angles divers correspondant à des niveaux d’organisation distincts : 1) le niveau des interactions moléculaire, 2) le niveau cellulaire (le neurone et son environnent immédiat) 3) le niveau des réseaux neuronaux 4) Le processus de codage et de traitement des signaux auquel tous les niveaux précédents collaborent, mais qui manifeste un degré de complexité supérieur.

3. Conclusion

L'histoire montre que la physiologie du système nerveux est passée par trois périodes successives : nerveuse, neuronale et celle des réseaux. Le principe explicatif passe de la mise en jeu des nerfs (XVIIe) et des faisceaux de fibres et des couches cendrées (XVIIIe), aux centres composés de neurones (XIXe-XXe), puis aux modules et réseaux (XXe-XXIe).

On assiste à des changements d’objet pour expliquer des faits identiques et des faits nouveaux mis en évidence grâce au changement. Le référent (la partie du monde visée) reste le même, mais l'objet (ce sur quoi porte l'activité scientifique) se modifie. On ne constate pas de révolution brusque, mais plutôt des mutations conceptuelles s'appuyant sur les données antérieures.

Ce qui nous intéresse le plus c'est l'évolution vers une épistémique de la complexité. Déjà avec Sherrington (1910) s'amorce une conception de la liaison et de l'intégration (les centres nerveux sont le siège d'interactions entre les activités neuronales) et dans le même temps Ramon Y Cajal (1911) décrit des circuits neuronaux complexes. Mais on n'y porte pas attention.  Le paradigme classique avec sa volonté analytique/atomistique veut des unités. Pourtant déjà la cellule vivante, et dans notre cas le neurone, sont des unités complexes.

Il faut une mutation épistémique d'ensemble pour accepter de voir l'importance de l'interaction. Les unités constituantes  (les neurones) sont toujours là, mais on s'intéresse à leur organisation. Le regard du chercheur se déplace vers la liaison et l'interaction.  Sur le plan ontologique on accepte (tout doucement et avec réticence) de donner une vraie existence aux liens, aux interactions bref à l'organisation elle-même. La conception devient plus holistique, il se déporte de l'élément constituant aux liens formant des entités fonctionnelles, des ensembles complexes.

Bibliographie

Barbara J-G., Le paradigme Neuronal, Paris, Hermann, 2010.
Magendie F., Précis élémentaire de physiologie, 5ème Ed, Bruxelles, Adolphe Vahlen et Cie, 1838.
Savioz A., Leuba G.,  Vallet P., Walzer C., Introduction aux réseaux neuronaux,  Bruxelles, De Boeck, 2010.


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