Cette semaine on va causer énergie, celle requise au bon fonctionnement de votre cerveau et, à la fin de ce billet, du mien qui me permet d’écrire ces lignes. Et comme on est sur le blogue du Cerveau à tous les niveaux , on va considérer la question aux deux niveaux extrêmes de ce site, le moléculaire et le social !

Partons du billet de la semaine dernière qui attirait l’attention sur l’activité endogène du cerveau pour aborder sa grande demande énergétique constante au niveau moléculaire. En effet, je l’ai déjà écrit ici, bien qu’il ne représente que 2% du poids du corps humain, le cerveau consomme en permanence environ 20% de l’énergie nutritive et de l’oxygène absorbé par le corps. C’est donc, et de loin, l’organe le plus énergivore de l’organisme comme le montre l’image ci-dessus où son activité métabolique est comparée à celle du cœur et du foie.

On sait que le cerveau contient deux grands types de cellules, les neurones et les cellules gliales , à peu près en égales quantités (soit 85 milliards) pour les uns et les autres (bien que les proportions varient grandement selon les structures cérébrales considérées). Or ce sont les neurones qui sont les ogres énergivores de notre cerveau, consommant à eux seuls près de 80% de l’énergie cérébrale. Et pour faire quoi ? Principalement pour faire fonctionner des transporteurs d’ions (ou « pompes ioniques ») qui sont des protéines transmembranaires permettant de sortir certains ions et d’en faire entrer d’autres dans le neurone contre leur gradient électrochimique.

Car il faut rappeler que tous nos processus cérébraux, desquels découle notre pensée, reposent sur de l’activité électrochimique ( les « influx nerveux » ou « potentiels d’action » ) qui circule le long des axones de nos neurones qui forment des réseaux complexes à différentes échelles (notre « connectome »). Or un influx nerveux est produit par l’entrée d’ions sodium dans le neurone et par la sortie quasi immédiate d’ions potassium, créant ainsi la dépolarisation brève qui se transmet de proche en proche et qu’on appelle potentiel d’action. Et si ce potentiel d’action peut se produire si rapidement (en quelques millisecondes), c’est que les ions entrent et sortent très vite dès l’ouverture de leurs canaux respectifs dans la membrane cellulaire en suivant leur gradient électrochimique. Ils vont ainsi rapidement du compartiment le plus concentré vers le moins concentré sans avoir besoin d’un apport d’énergie pour le faire.

Mais alors pourquoi les neurones sont si énergivores ? Simplement parce que s’il n’y avait que ce processus à l’œuvre, cela ne prendrait pas de temps pour que les gradients électrochimiques deviennent égaux de chaque côté de la membrane neuronale et toute possibilité de générer de nouveaux influx nerveux serait impossible. Il faut donc constamment recréer ces gradients électrochimiques en pompant activement du sodium à l’extérieur du neurone et du potassium à l’intérieur de celui-ci, et ça, ça demande de l’énergie ! En passant, il n'est pas inintéressant de noter que la façon dont cette protéine-pompe change de forme pour accomplir son travail n'a été élucidée qu'en 2013 comme l'explique le premier lien ci-dessous (qui mentionne aussi que 40% de l'énergie totale que l'on consomme est destinée à ces pompes que l'on retrouve également en grande quantité dans nos muscles).

Ce travail constant, puisque des influx nerveux sont constamment échangés dans nos réseaux de neurones, ce sont donc les pompes ioniques sodium potassium qui l’assurent grâce à l’apport constant d’adénosine triphosphate (ou ATP), une petite molécule dérivée du glucose que peuvent utiliser directement ces pompes. On comprend donc maintenant mieux pourquoi notre pensée se brouille quand on manque d’énergie et que des dommages au cerveau surviennent lorsqu’il manque d’oxygène pendant quelques minutes à peine.

L’article ci-dessous de Jon Lieff qui m’a inspiré ce sujet m’a aussi fait sourire lorsqu’il mentionne que les neurones puisent surtout leur énergie par une voie métabolique dite « oxydative » (qui utilise l’oxygène) et que les cellules gliales (en particulier les astrocytes) utilisent pour leur part la voie de la glycolyse (qui ne nécessite pas d’oxygène).

C’est que, les assidu.es de ce blogue l’auront peut-être remarqué (!), je m’intéresse beaucoup aux travaux d’Henri Laborit que je considère comme un précurseur des sciences cognitives modernes . Et je trouve dans cette distinction aujourd’hui reconnue entre les voies métaboliques du neurone et de la cellule gliale une observation déjà faite par Laborit au début des années 1960. Je vous cite à ce sujet simplement un passage de la présentation « Les intuitions de Laborit sur le cerveau » que j’ai donnée il y a quelques semaines à Montréal et que vous pouvez consulter par les liens ci-dessous.

« Laborit constate que les cellules qui ne souffrent pas de l'absence d'oxygène, contiennent peu de mitochondries, tandis que les autres en possèdent énormément. Si bien qu’il discerne deux types de cellules: - le type « A », qui sont pauvres en mitochondries et utilisant peu d'oxygène, et qui ont une voie des pentoses développée [comme les cellules gliales] - et le type « B », qui sont riches en mitochondries consommant beaucoup d'oxygène suite au travail considérable d'un organe [comme les neurones]. Les premières synthétisent, mettent en réserve, alors que les autres dépensent et brûlent énormément. »
Je vous rappelle d’ailleurs que je donnerai ce mercredi 6 avril une autre présentation sur Laborit intitulée « Conscience, connaissance et imagination : le leitmotiv de Laborit » et qui sera cette fois à cheval entre les sciences politiques et cognitives (voir le lien ci-dessous).

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Un petit mot en terminant sur l’énergie me permettant d’écrire ces lignes, tel que promis en introduction de ce billet. Elle me vient donc du glucose que j’ingurgite par l’entremise des aliments que je peux m’acheter pour bouffer ! Et cela, je peux le faire en partie grâce à vos généreux dons faits sur le site tel que l’indique la mise à jour que je viens d'effectuer sous le « thermomètre de dons » ci-contre comme je le fais deux fois par année. Je vous remercie donc encore une fois infiniment pour ce soutien « métabolique » (!) et vous assure que je consacre à ce blogue les meilleures heures d’activité neuronale que peut me fournir mon cerveau…

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J’ajoute un dernier lien ci-dessous qui me parvient au moment de mettre ce billet en ligne car il traite exactement du sujet d’aujourd’hui. Suzana Herculano-Houzel, qui avait participé à l’étude de 2009 sur le décompte de nos neurones et de nos cellules gliales citée plus haut , vient de publier en mars 2016 le livre The Human Advantage dont la théorie centrale est que l’invention de la cuisson des aliments aurait permis un apport calorique supérieur à nos ancêtres à partir d’il y a 1,5 million d’années, avantage qui aurait favorisé le foisonnement des neurones du cortex humain responsable de nos « fonctions supérieures » les plus remarquables.

i_lien Research reveals the mechanism of the sodium-potassium pump a_lienRegulation of Brain Energy (by Jon Lieff) i_lien Les intuitions de Laborit sur le cerveau i_lien Une présentation sur Henri Laborit à Montréal mercredi prochain i_lien The Human Advantage