La plupart des êtres vivants sont en mesure d'effectuer des actions
qui peuvent être considérés comme intelligentes ou au moins le résultat d'un
processus de réaction appropriée aux circonstances changeantes de leur
environnement. Cependant, l'intelligence ou les processus intellectuels
développés par l'homme sont largement supérieurs à ceux obtenus par des
organismes de toute autre espèce.
Le processus d'évolution et
d'humanisation du cerveau de l'Homo sapiens en fait un organe unique et
différent, atteignant la plus grande taille relative parmi toutes les espèces,
mais a permis également une réorganisation structurelle des tissus et des
circuits dans des segments et des régions spécifiques. Cela explique les
remarquables capacités cognitives de l'homme moderne, comparées non seulement à
d'autres membres de son sexe, mais également à d'autres membres plus anciens de
sa propre espèce.
Il y a environ 3 à 4 millions
d'années, des gènes sont apparus dans nos ancêtres humains et, à partir de là,
comme le montrent les fossiles, la taille du cerveau de nos ancêtres a augmenté
de façon extraordinaire. Cette évolution vers des cerveaux plus grands revêtait
une grande importance pour notre espèce en raison de la capacité qu’elle nous a
donné à réfléchir, à résoudre des problèmes et à développer la culture. L'expansion
cérébrale était évidente lors de l'observation des différentes cavités
crâniennes dans les fossiles de nos ancêtres, mais les changements génétiques
qui nous ont rendus humains devaient encore être découverts.
L’évolution est un processus
facile à apprécier à grande échelle, lorsque nous sommes attentifs aux
différentes espèces qui apparaissent, se transforment ou disparaissent au cours
de l’histoire biologique de notre planète. Cependant, ce sont les petits
changements, parfois au niveau d'une molécule, qui créent de nouvelles
structures, de nouvelles fonctions ou même de nouveaux modes de vie.
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| Image informatisée d'une chaîne d'ADN |
Depuis la publication du Projet
du génome humain en 2001, qui a révélé la séquence complète de notre ADN, de
nombreuses études ont tenté de déterminer les gènes qui en font partie. Connaître
sa signification et donc sa fonction est essentiel pour identifier tous les
gènes de l'être humain et ainsi comprendre sa biologie ou les maladies qui
l'affectent.
C’est une tâche difficile, car un
tel travail nécessite la collaboration de nombreuses équipes de recherche qui
analysent un grand volume de données nous permettant de construire un modèle
général applicable à l’ensemble de notre espèce.
Le cerveau humain a grandi et s'est
développé grâce au gène NOTCH2N
Un groupe de chercheurs de
l'Université de Californie à Santa Cruz et de l'Université libre de Bruxelles
VIB, dont les résultats ont été publiés dans deux ouvrages conjoints du
magazine Cell en mai 2018, a découvert, parmi l'enchevêtrement de notre
ADN, un gène qui est unique chez l'homme et qui participe à l'augmentation de
la taille du cerveau au cours de l'évolution de notre espèce.
C'est une variante de la famille
de gènes NOTCH, baptisée NOTCH2NL, qui agit dans les premiers stades du
développement embryonnaire tout en maintenant la fonction des cellules souches
dans le cortex cérébral. Tout semble indiquer qu'ils ont été le moteur de
l'évolution vers des cerveaux plus grands.
On pense qu'un ancêtre du genre
Homo – qui comprend à la fois l'homme moderne et l'homme de Neandertal – a acquis
une copie active de ce gène il y a entre trois et quatre millions d'années.
Le gène NOTCH2NL
Les chercheurs ont découvert qu'il existait jusqu'à présent un gène non identifié sur notre chromosome 1. Ils ont en fait vu trois gènes de Notch presque identiques. Les gènes NOTCH, présents dans de nombreuses espèces, ont des fonctions différentes. Tous sont très importants lors du développement embryonnaire des animaux.
Ils sont impliqués dans la
communication cellulaire et sont essentiels au maintien des cellules souches. Les
cellules souches, qui pourraient en principe se diviser et générer n'importe
quel type de cellule, doivent conserver leur capacité de se diviser à cette
fin. En perdant cette capacité, elles ne produiraient plus de cellules et, si
elles restaient actives plus longtemps que la normale, elles développeraient
des tissus supérieurs aux attentes. C'est exactement ce que les gènes NOTCH2NL font,
que les cellules souches du cortex cérébral (la partie du cerveau où sont les neurones)
soient en production constante de nouveaux neurones et donc, pour produire des
cerveaux plus gros.
Le gène SRGAP2 est un autre gène
impliqué dans le développement du cerveau humain. Et si NOTCH2NL est lié à la
production d'un grand nombre de neurones et donc de plus gros cerveaux, le gène
SRGAP2C se voit attribuer un plus grand nombre de connexions entre ces
neurones, c'est-à-dire des circuits neuronaux plus complexes.
La combinaison des gènes NOTCH2NL – responsable de la taille de notre cerveau – et du gène SRGAP2C – lié à un
plus grand nombre de connexions entre neurones – est-elle la clé de
l'intelligence humaine ? Selon les scientifiques, les gènes NOTCH2NL et
SRGAP2C jouent tous deux un rôle important dans l'intelligence humaine, mais il
est peu probable qu'ils soient les seuls gènes impliqués. Notre cerveau est
volumineux et complexe et de nombreuses innovations génétiques de fonctions
sophistiquées spécifiques à l'homme le sous-tendent.
35 gènes inconnus jusqu'à
présent
L’équipe a découvert un total de
35 gènes uniques chez l’homme, actifs au cours du développement du cortex
cérébral. L'un d'eux est le gène SrGAP2. Quant aux autres, elle ne sait presque
rien d'eux. Leurs modèles d'activité suggèrent des fonctions très différentes
allant du contrôle précoce des cellules souches de neurones au développement
ultérieur de circuits neuronaux. En plus de leur rôle au cours du
développement, l'équipe est également intéressée à savoir s’ils sont impliqués dans
n'importe quel type de maladie. Elle souhaite étudier si les autres gènes
identifiés jouent également un rôle important lors du développement du cerveau
humain et si cela peut être lié à des maladies neurologiques.
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| Apparition du gène NOTCH2 dans l'évolution des hominidés |
Ce groupe de gènes semble être
apparu lors de la duplication d'une partie du matériel génétique dans des
endroits où se trouvent de longues séquences d'ADN presque identiques, ce qui
en fait une région instable et, bien qu'important dans l'évolution, elle
produit également de graves défauts génétiques.
Les scientifiques ont constaté qu'il
y a environ 14 millions d'années, cette partie de l'ADN avait doublé chez un
ancêtre des hominidés. Une copie des gènes NOTCH2 n'apparaît pas chez les
orangs outans, mais chez les chimpanzés et les gorilles, chez lesquels elle
n'est pas fonctionnelle. Chez l'homme, tant l'homme de Neandertal comme le Dénisovien et l'Homo sapiens archaïque,
le gène est devenu actif lorsqu'il a été copié à plusieurs reprises, ce qui est
arrivé il y a entre trois et quatre millions d'années. Les chercheurs ont identifié
huit versions différentes de NOTCH2NL et on pense qu’il en existe d’autres.
Un plus gros cerveau a causé
certaines pathologies
L’acquisition des gènes NOTCH2NL
et l’augmentation de la taille du cerveau ont eu, d’autre part, des
conséquences négatives pour la santé humaine dans la mesure où ils ont entraîné
des anomalies génétiques associées à des troubles neurologiques. La recherche
sur le gène NOTCH2NL est un domaine dans lequel un rôle important peut être
joué pour connaître les origines du développement humain et des maladies
neurologiques.
Ainsi, la duplication d'une
région du génome appelée 1q21.1 produit un développement cérébral plus
important, ce qui provoque la macrocéphalie. Au contraire, la perte d'une
partie de cette partie de l'ADN est liée à un développement moindre du cerveau
et produit une microcéphalie. Les deux sont associés à une variété de troubles
du développement neurologique. Par exemple, dans le syndrome de micro-délétion
1q21.1, étudié à ce jour chez très peu de patients, une microcéphalie, un
dimorphisme facial, des anomalies oculaires et un retard de développement ou un
déficit intellectuel léger se produisent.
Pour comprendre ce qui se passe,
l'équipe a appliqué la technique de copier / coller génétique appelée
CRISPR. L’édition de gènes par CRISPR/Cas9 nous permettra d’étudier comment le
gène NOTCH2NL et les autres gènes liés à la région 1q21.1 contribuent au
développement du cerveau et à la maladie dans des modèles in vitro de
cellules souches. Cela pourrait conduire à de nouvelles méthodes de diagnostic basées
sur le gène NOTCH2NL ou d'autres gènes situés sur le même site.
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| Cellules in vitro du cortex cérébral humain |
Cependant, de nombreux gènes sont
impliqués dans ces pathologies et, bien qu’une anomalie génétique soit
présente, la maladie n’est pas toujours atteinte et n’est pas toujours acquise
des parents. Chez les enfants, l'anomalie génétique peut être causée par une
nouvelle mutation, comme l'ont démontré les patients que l'équipe a examinés. L'erreur
génétique est nouvelle entre 20% et 50% des enfants atteints et, bien que les
parents l'aient aussi, ils ne présentent aucun symptôme.
Parmi les autres troubles
fréquents qui pourraient être, dans une certaine mesure, liés à ces gains ou
pertes de gènes, on compte le trouble d'hyperactivité avec déficit de
l'attention (TDAH), les troubles du spectre autistique et la schizophrénie.
La recherche s'est concentrée sur
les cellules souches du système nerveux. Cependant, les gènes de Notch sont
présents dans de nombreux types de cellules. Le gène Notch2NL pourrait être
actif dans d'autres types de cellules souches, dans les cellules cancéreuses ou
dans les processus de croissance et de renouvellement cellulaires. En fait, il
est connu que la voie de Notch, dans laquelle agit Notch2NL, est impliquée dans
les cellules souches adultes et dans la tumorogenèse.
Ces études semblent prometteuses
pour comprendre certaines des maladies qui nous affectent. Et, bien que les
deux équipes de recherche aient exprimé leur prudence dans quelques lignes de
leur publication dédiée aux patients qui attendent des progrès rapides, les
scientifiques sont également très optimistes. Les découvertes scientifiques
constituent le premier pas vers les applications médicales. Bien que leur
recherche puisse prendre un certain temps, ils sont convaincus que la
publication et le partage de ces résultats pourraient donner de l’espoir à
certains patients et à leurs familles.
Des chercheurs Identifient 40 nouveaux gènes
liés à l'intelligence
Une équipe de chercheurs de
l'Université d'Amsterdam, dont les résultats ont été publiés dans la revue
Nature Genetics en mai 2017, décrit les nouveaux gènes humains, dont 40
liés à l'intelligence et aux zones du cerveau dans lesquelles ils agissent. L'étude
pourrait aider à comprendre le fonctionnement du cerveau, la cognition et à définir
la composante génétique du QI.
Après avoir analysé l'ADN de 78.308
personnes, l'équipe a mené une étude de l'intégralité du génome lié à
l’intelligence pour le plus grand échantillon analysé à ce jour. Pour la
première fois, elle a pu détecter une quantité substantielle d'effets
génétiques dans le QI.
Les scientifiques ont trouvé 52
gènes, dont 12 déjà connus et 40 de nouvelle description. La plupart de ces
gènes ont une fonction dans le cerveau et sont impliqués dans la régulation du
développement cellulaire, fournissant un aperçu des fondements biologiques de
l'intelligence. Ils ont également montré une relation génétique entre
l'intelligence et d'autres traits, tels que la maladie d'Alzheimer, la
schizophrénie et la névrose, qui ont une corrélation génétique négative avec
l'intelligence. Ces découvertes aident donc à comprendre les fondements
génétiques de ces troubles.
En outre, les chercheurs ont
procédé à une analyse statistique concernant la présence de ces nouveaux gènes
avec certaines caractéristiques de la population en volume intracrânien,
mesurant la circonférence de la tête pendant l'enfance ou la réussite scolaire,
tout à ce jour indirectement lié aux valeurs de l’intelligence.
Le succès scolaire et
l'intelligence sont corrélés de 40% dans la population générale. En termes
génétiques, cette corrélation est encore plus grande et peut atteindre 70%. Cela
signifie que la variation des gènes associée à une augmentation de
l'intelligence est également associée à une plus grande réussite éducative.
Parmi les quelque 80.000
personnes étudiées, l’équipe a inclus trois groupes d’intérêts spécifiques,
tels que les personnes âgées, l’analyse des étudiants ayant un QI élevé ou
l’étude de jumeaux identiques.
Ils voulaient voir si les effets
génétiques sur l'intelligence étaient différents avec l'âge, mais ce n'était
pas le cas. Ils ont également testé si leurs découvertes génétiques actuelles
pouvaient en quelque sorte prédire si une personne avait un QI extrêmement
élevé ou non, bien que leur prédiction soit encore loin d'être parfaite.
Quant aux résultats obtenus avec
des jumeaux identiques, souvent utilisés pour voir comment ces mécanismes
interagissent avec l'héritage génétique et l'environnement, ils ont conclu
qu'il reste encore à découvrir de nouveaux gènes qui aident à comprendre
comment se produit l'héritage de l'intelligence d'une génération à l'autre.
Les experts expliquent que ces gènes
sont principalement exprimés dans le cerveau et interviennent dans les
processus de développement cellulaire. Cette nouvelle information peut aider
les chercheurs à centrer leurs études sur des gènes spécifiques afin de faire
progresser les connaissances en matière d’intelligence et de développement du
cerveau.
Les différences de taille du cerveau
entre les personnes sont déterminées par les variantes génétiques et également
par l'influence de facteurs environnementaux. Il existe un vaste débat
historique sur le point de savoir si la taille du cerveau a un impact direct
sur la capacité intellectuelle de la personne.
Le sexe dans le cerveau
L'intelligence et le talent ou, à
l'inverse, l'ineptie et la médiocrité n'ont pas de sexe, du fait de l'étude des
conditions qui prédisposent les hommes et les femmes à traiter les informations
d'une certaine manière, puis à décider et à agir en conséquence. Nous n'avons
pas de cerveau unisexe, mais il est masculin ou féminin depuis le développement
embryonnaire.
Les premières différences entre
le cerveau des hommes et des femmes commencent dans l'environnement intra–utérin.
Cela se produit à 8 semaines de gestation. Avant, les embryons mâles et
femelles sont pratiquement les mêmes. Le développement des caractéristiques
masculines est déterminé par un gène exclusif au chromosome Y, qui entraîne la
transformation des gonades de l'embryon en testicules. Si ce chromosome n'est
pas présent, les ovaires se développent. A partir de la semaine 8, l'action des
hormones sexuelles provoque la différence de genre dans le cerveau, à la fois
en termes de morphologie et de fonctions, hommes et femmes naissent donc avec
des circuits qui les caractérisent en tant que tels. Ces différences n'ont
aucun rapport avec l'intelligence, mais avec la manière de percevoir et de
traiter les informations sensorielles qui pénètrent dans le cerveau.
Le sexe détermine les différences
de comportement et le plus évident concerne le système endocrinien. Comme le
système hormonal a une influence énorme sur la morphologie du cerveau, le
cerveau masculin est organisé différemment de celui de la femme, ce qui
implique un traitement différent de l'information ayant une incidence sur
l'émotivité, le comportement et la prise de décision.
Bien qu’il existe des différences
structurelles, chimiques, génétiques, hormonales et fonctionnelles entre les
sexes, il convient de noter dès le début que le potentiel cérébral dépend d’un
ensemble de facteurs qui peuvent être résumés dans les groupes suivants :
anatomique, génétique, environnemental (en premier lieu, la famille et les groupes
de référence), social et émotionnel.
En raison du phénomène de
plasticité neuronale – le cerveau change constamment en raison de
l'apprentissage et de l'expérience – il n'est pas possible de configurer un
seul modèle qui puisse expliquer de manière exhaustive pourquoi les hommes et
les femmes pensent et agissent différemment.
Quelques différences
identifiées par la neurobiologie
La capacité de mémoriser. Elle
est plus importante dans le cerveau féminin, principalement la fixation de
souvenirs avec un contenu émotionnel. Il a également été prouvé que les femmes
peuvent évoquer des souvenirs émotionnels plus rapidement que les hommes et
qu’elles les fixent avec une plus grande permanence dans le temps.
L'amygdale selon le sexe. L'amygdale
joue un rôle actif dans la vie émotionnelle des deux sexes et il est plus grand
dans le cerveau masculin. Cependant, avec des stimuli de contenu identique ou
similaire, il a une plus grande activation dans le cerveau féminin.
De même, dans le cerveau féminin,
les régions impliquées dans la réaction émotionnelle coïncident avec les zones
qui participent au codage de la mémoire épisodique, ce qui contribue à
expliquer pourquoi les femmes ont plus de facilité à évoquer des souvenirs
émotionnels avec une intensité et des détails expérientiels plus grands que l'homme.
Le cerveau de la femme est mieux
structuré pour favoriser l'empathie émotionnelle, tandis que celui de l'homme
est plus efficace en ce qui concerne la pensée linéaire et systémique.
L'hippocampe, une des structures
cérébrales les plus importantes dans la formation de la mémoire, a une plus
grande taille dans le cerveau de la femme, ainsi que les circuits cérébraux qui
enregistrent l'observation des émotions des autres. Cette configuration
morphologique permet en moyenne aux femmes d'exprimer plus facilement leurs
émotions et, par conséquent, une plus grande capacité à se souvenir en détail
des épisodes avec une charge émotionnelle.
Le cerveau masculin montre une
supériorité dans le développement des zones visuo-spatiales. Au cours d'une recherche,
il a été observé que les femmes avaient besoin de plus de temps que les hommes
pour façonner mentalement des objets. Bien qu'elles aient trouvé la réponse, elles
avaient besoin de plus de temps pour le faire.
Les femmes ont tendance à
utiliser les deux hémisphères cérébraux pour des tâches complexes. Ce type
d’activité expliquerait pourquoi elles ont une vision plus étendue d’une
situation donnée et les hommes une vision plus ciblée.
Voir aussi…
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