De la cellule nerveuse à la dendrite : la dendrite comme unité de calcul

L'ensemble des dendrites d'un neurone qu'on appelle l'arbre dendritique ne se contentent pas de sommer passivement les courants électriques entrants ; ils abritent une machinerie biochimique et électrophysiologique sophistiquée qui transforme chacune d'elles en un véritable processeur local. Grâce à la présence de canaux ioniques,  les canaux sodium, calcium et les récepteurs NMDA, une seule dendrite peut amplifier de manière non linéaire des signaux arrivant simultanément. Lorsque plusieurs synapses proches sont activées de concert, elles déclenchent un potentiel d'action dendritique, agissant concrètement comme une porte logique ET. Cette capacité de calcul s'appuie également sur une compartimentation fonctionnelle rigoureuse, où les différentes branches d'un même arbre dendritique fonctionnent comme des sous-unités indépendantes traitant localement leurs propres entrées synaptiques avant de transmettre un résultat précalculé au soma, le corps du neurone. L'ordre et le timing précis des signaux modifient ainsi radicalement la réponse, permettant, par exemple, à certaines dendrites de la rétine de détecter la direction d'un mouvement. Enfin, des observations récentes sur les neurones pyramidaux du cortex humain démontrent que des dendrites individuelles sont capables de résoudre des problèmes logiques complexes et non linéairement séparables, tels que le OU exclusif (XOR), une prouesse autrefois attribuée exclusivement à des réseaux entiers de neurones. Dès lors, de par cette complexité fonctionnelle, si une "simple" dendrite peut être assimilée en calculateur, un neurone, bien plus qu'une simple unité de calcul, peut alors être comparé à un réseau de micro-ordinateurs. 

Le rôle des structures dendritiques dans l'apprentissage 

Sachant aujourd'hui, ce que le prolongement de ces structures neuronales avec leurs synapses peut accomplir, il est intéressant de se demander ce dont des organismes, qui en seraient privés, ne pourraient pas accomplir en termes de capacités cognitives. Les cténophores pourraient nous aider à répondre à cette question. Ces organismes qui ressemblent à des méduses sont fascinants. Tout comme ces dernières, les cténophores possèdent un système nerveux sans posséder de cerveau, mais son organisation, sa structure, est unique dans le monde du vivant. Ce réseau nerveux n'est pas constitué de cellules distinctes. Celles-ci ont plutôt fusionné pour former un réseau continu de telle sorte que l'influx nerveux se propage directement dans tout le réseau sans passer par des synapses. Ces animaux ont un réseau nerveux dénué de dendrites. Il faut noter aussi que les espèces de cténophores (près de 200) utilisent des peptides spécifiques plutôt que les neurotransmetteurs habituels (comme la dopamine ou la sérotonine), si bien que plusieurs biologistes en sont à se demander si le système nerveux ne serait pas apparu à deux reprises au cours de l'évolution. 

N'étant pas ralenti par le passage à travers des synapses, l'influx nerveux de ses organismes se propage à une vitesse bien supérieure. Pourquoi, dans ce cas, l'évolution n'a-t-elle pas favorisé leur complexification? Des expériences avaient mis en évidence la possibilité d'apprentissage associatif chez une espèce de méduses et une espèce d'anémones. Toutes deux étant dépourvues de système nerveux central et pourtant, elles parviennent à réaliser ce type d'apprentissage. Si les cténophores font preuve du type d'apprentissage le plus élémentaire qui soit, l'habituation, en revanche, aucune expérience n'a permis de mettre en évidence un apprentissage de type associatif chez ces organismes. L'absence de dendrite, chez ces espèces, pourrait-elle expliquer cette distinction de capacité cognitive si tant est qu'elle existe bel et bien? Et si c'est le cas, ce verrou cognitif pourrait-il rendre compte du fait que ces êtres vivants particuliers ne se soient pas complexifiés au cours de l'évolution? La dendrite comme unité de calcul, mais peut-être pas comme unité d'apprentissage (du moins pas encore jusqu'à ce que des recherches éventuelles ultérieures nous le fassent découvrir). Un autre suspense que nous offre le monde de la biologie.