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Comparaison des cerveaux (de gauche à droite) d'homme (Homo sapiens), de rhinocéros (Diceros bicornis) et de dauphin commun (Delphinus delphis) présentée à l'exposition "Incroyables Cétacés" au Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris (France) du 11 juin 2008 au 25 mai 2009.

Les principes qui régissent l'évolution de la structure du cerveau ne sont pas bien compris. La notion d'intelligence et les moyens de la mesurer font débat et, malgré les progrès importants de la neurologie ces dernières années, les mécanismes de l'apprentissage et de la cognition et plus généralement le fonctionnement du cerveau ne sont pas bien compris.

La taille du cerveau n'est pas corrélée à la taille du corps isométriquement mais plutôt allométriquement. C'est-à-dire qu'il n'y a pas de relation linéaire entre la taille du cerveau et du corps. Par exemple, les petits mammifères ont des cerveaux relativement gros par rapport à leur corps et les grands mammifères (comme les baleines) ont comparativement de petits cerveaux rapporté à leur taille. Les propriétés du cerveau supposées être pertinentes pour l'intelligence sont la taille (absolue ou relative) du cerveau, du cortex, du cortex préfrontal et le degré d’encéphalisation. En réalité, le nombre de neurones corticaux et la vitesse de conduction, qui sont les bases du traitement de l'information, sont des indicateurs plus pertinents[1].

Image issue du livre "The brain from ape to man; a contribution to the study of the evolution and development of the human brain"

Si le poids du cerveau est tracé en fonction du poids corporel chez les primates, la ligne de régression des points d'échantillonnage peut donner une indication de la capacité cognitive d'une espèce de primates. Les Lémuriens, par exemple, se situent au-dessous de cette ligne, ce qui signifie que leur cerveau est plus petit que la moyenne des primates de taille équivalente. Les humains se situent au-dessus de la ligne, ce qui indique qu'ils ont un cerveau plus gros que la moyenne des primates de taille comparable. En fait, les humains se situent à l’extrémité supérieure de la courbe des primates vivants. Les hommes de Neandertal, aujourd’hui disparus, possédaient un cerveau plus volumineux que les hommes modernes[2], mais avec un coefficient d'encéphalisation moindre.

Comparaison morphologique de différents cerveaux entre quelques espèces.

Le coefficient ou quotient d'encéphalisation est une mesure de la taille relative du cerveau, définie comme le rapport entre la masse du cerveau réelle et la masse du cerveau moyen pour un mammifère de taille équivalente, et est supposé être une estimation approximative de l'intelligence ou de la cognition de l'animal. Les primates se trouvent au sommet de cette échelle, avec les humains atteignant le score le plus élevé. Le coefficient d’encéphalisation a un degré élevé de corrélation avec le comportement d'un animal, notamment sur le plan alimentaire[3].

Sommaire

ChronologieModifier

 
Comparaison du cerveau d'un homme moderne (en haut) et d'un chimpanzé (en bas).

Système nerveuxModifier

Article détaillé : Évolution du système nerveux.
Animal Poids du

cerveau (en g)

Coefficient

d'encéphalisation[4]

Nombre de

neurones corticaux

(en millions)

Baleine 2 600 - 9 000 1.8 n.c.
Éléphant 4 200 1.3 10 500
Humain 1 250 - 1 450 7.4 - 7.8 11 500
Dauphin 1 350 5.3 5 800
Gorille 430 - 570 1.5 - 1.8 4 300
Chien 64 1.2 160
Souris 0.3 0.5 4

Cerveau primitifModifier

Grâce aux fossiles, les scientifiques ont pu déduire que la première structure cérébrale est apparue dans des vers il y a plus de 500 millions d'années. Les cerveaux les plus primitifs n'étaient guère plus que des amas de cellules[5]. Les fonctions du cerveau postérieur trouvées dans ces fossiles comprennent la respiration, la régulation du rythme cardiaque, l'équilibre, les mouvements moteurs de base et des compétences de recherche de nourriture. L'observation de l'évolution du cerveau réalisée chez des souris, des poulets et des singes a montré que les espèces plus évoluées ont tendance à préserver les structures responsables des comportements de base. Ce qui signifie que l'évolution a préservé des fonctions basiques auxquelles se sont ajoutées des structures plus sophistiquées[6]. Le cerveau humain moderne contient également une région du cerveau postérieur dite primitive[7]. Le rôle de cette partie du cerveau est de maintenir les fonctions fondamentales de l'homéostasie. Le pont ou pont de Varole et la moelle allongée sont par exemple deux structures importantes localisées dans cette partie du cerveau située schématiquement à la jonction entre la colonne vertébrale et le cerveau.

Cerveau paleo-mammifèreModifier

Une nouvelle région du cerveau est apparue il y a environ 250 millions d'années après l'apparition du rhombencéphale. Cette région est appelée le cerveau paleomammifère. Les parties principales sont l’hippocampe et les amygdales souvent désigné comme l'aire limbique. Le système limbique traite des fonctions plus complexes, y compris les comportements émotionnels, sexuels et violents, la mémoire et l’olfaction[7].

Cerveau et cerveletModifier

Le tronc cérébral et le système limbique sont principalement constitués par des noyaux neuronaux, qui sont des groupes de neurones étroitement liés par leurs fibres axonales qui les relient les uns aux autres. Les deux autres grandes régions du cerveau (le cerveau et le cervelet) sont basées sur une architecture corticale. À la périphérie externe du cortex, les neurones sont disposés en couches (dont le nombre varie selon l'espèce et la fonction) de quelques millimètres d'épaisseur. Il y a des axones qui se déplacent entre les couches, mais la majorité de la masse des axones est en dessous des neurones eux-mêmes. Les neurones corticaux et leurs faisceaux de fibres axonales ne devant pas rivaliser pour l'espace, les structures corticales peuvent évoluer plus facilement que dans une structure de noyaux neuronaux. Une caractéristique clé du cortex est que parce qu'il se développe « en surface », sa taille peut être augmentée à l'intérieur d'un crâne en introduisant des convolutions. De manière imagée, cela peut être comparé l'introduction d’un linge dans un verre en le chiffonnant. Le degré de convolution est généralement supérieur chez les espèces plus évoluées, qui bénéficient alors de l'augmentation de la surface du cortex.

Le cervelet, ou « petit cerveau », est situé derrière le tronc cérébral et en dessous du lobe occipital du cerveau chez l'homme. Son rôle comprend la coordination des tâches fines sensorielles et il peut être impliqué dans certaines fonctions cognitives, comme le langage. Le cortex cérébelleux humain est finement alambiqué, beaucoup plus que le cortex cérébral. Ses axones intérieurs sont appelés arbor vitae ou arbre de vie.

Néocortex et cortexModifier

La zone du cerveau ayant subi le plus grand nombre de changements récents au cours de l'évolution est appelé le néocortex. Avec le paleocortex et l'archicortex, ils composent le cortex. Chez les reptiles et les poissons, cette zone est appelée le pallium et est plus petit et plus simple par rapport à leur masse corporelle que chez les mammifères. Selon l'état actuel des connaissances, le néocortex se serait d'abord développé il y a environ 200 millions d'années.

Les premiers mammifères placentaires sont apparus environ 125 millions d’années BP et leur morphologie ne semble pas avoir été très différente des marsupiaux et des opossums actuels[8]. Ils étaient petits avec de petits cerveaux avec un sens de l'odorat développé et un néocortex réduit. Le néocortex primitif a évolué à partir d’une seule couche de neurones pyramidaux du cortex dorsal en une structure à six couches présente chez tous les mammifères actuels. Le néocortex a été divisé en 20 - 25 aires corticales, y compris des zones sensorielles primaires et certaines secondaires qui caractérisent le néocortex de presque tous les mammifères aujourd'hui. Les premiers primates étaient des animaux nocturnes et insectivores avec une région élargie du cortex visuel temporel. Ces primates étaient adaptés à la vie dans les branches de la forêt tropicale et avaient un système visuel élargi qui leur permettait une reconnaissance d’objet efficace pour saisir des insectes, de petits vertébrés ou des fruits. Leur néocortex était déjà important et comprenait un éventail de zones corticales présentent aujourd’hui chez tous les primates vivants. Lorsque les anthropoïdes diurnes ont émergé, le système visuel s’est spécialisé en une vision de type fovéal.

Le néocortex est responsable des fonctions cognitives supérieures - par exemple, le langage, la pensée et les formes connexes de traitement de l'information[9]. Il est également responsable du traitement des entrées sensorielles (conjointement avec le thalamus qui est une partie du système limbique et qui agit en tant que routeur de l’information). La plupart de ses fonctions ne sont pas perçues par la conscience et sont par conséquent non disponibles pour l'inspection ou l'intervention de l'esprit conscient. Le néocortex est un accroissement ou une excroissance des structures du système limbique avec lequel il est étroitement intégré.

Cerveau humainModifier

Le néocortex humain constitue environ 80 % du cerveau. Il est divisé en un grand nombre de régions spécialisées : les aires corticales[10]. Bien qu’il n’y ait que des preuves limitées, le nombre de zones corticales, les divisions fonctionnelles fondamentales du cortex, aurait considérablement augmenté avec l'évolution du cerveau humain. Le néocortex des premiers mammifères présentait environ 20 aires corticales distinctes alors que chez l'homme on en compte environ 200, soit une augmentation d’un facteur dix[11].

La lignée humaine et celle des chimpanzés ont divergé il y a plus de 7 millions d’années. Leur dernier ancêtre commun avait un cerveau dont le volume représentait probablement moins d'un tiers de celui de l'homme moderne. Au cours des deux derniers millions d'années, le cerveau du genre Homo a considérablement augmenté de taille, en particulier les parties préfrontale, pariétale postérieure, latérale temporale et les régions insulaires. La spécialisation des deux hémisphères cérébraux pour des fonctions connexes mais différentes est devenue plus prononcée, le langage et d'autres capacités cognitives avancées ont émergé[12]. A contrario, certaines parties du cortex n’ont pas changé de taille malgré l’augmentation de volume du cerveau humain, notamment les zones sensorielles et motrices primaires[13].

Cette augmentation de la taille du cerveau représente une augmentation considérable des besoins alimentaires[14],[15]. Le cerveau humain consomme près de 20 % du métabolisme basal (métabolisme d'un individu au repos) alors qu'il ne représente que 2 % du poids du corps humain[1]. Ces besoins accrus ont été satisfaits en partie grâce à l'obtention d'aliments plus riches en protéines, lipides, et glucides, et en partie par la transformation des aliments par broyage préliminaire pour favoriser une digestion plus efficace, et plus d'un million d'années plus tard, par la cuisson[16].

Le cortex préfrontal, en particulier la zone 10 est proportionnellement plus importante chez les humains[17]. Elle est impliquée dans les fonctions cognitives supérieures telles que la planification des actions futures, les initiatives et l’attention. Le cortex frontal granulaire de l'Homme est non seulement grand, mais il possède des neurones pyramidaux avec plus de cellules dendritiques complexes et plus d’épines pour les synapses[18].

Une autre région ayant particulièrement grandi est le cortex pariétal postérieur. Les ancêtres non-primates des primates avaient un cortex pariétal postérieur très réduit mais tous les primates ont une grande région pariétale postérieure où les stimuli somatosensoriels et visuels influencent les zones ou les domaines du cortex impliqués dans la planification, l'imitation, la saisie d’objets, l'auto-défense et les mouvements oculaires via leurs projections dans le cortex moteur et prémoteur[19]. Le cortex pariétal postérieur est exceptionnellement grand chez les humains. Il a permis l’apparition de nouvelles fonctions, telles que l'utilisation précise de nombreux types d'outils qui est propre aux humains modernes.

L'apparition de la bipédie et le rôle de la thermorégulation (selon la règle d'Allen, les Homo ergaster africains auraient été longilignes) ont été souvent mis en avant pour expliquer l'émergence de nouvelles capacités cognitives. La locomotion bipède et un profil longiligne auraient en effet diminué la taille du canal de naissance[20] (raccourcissement en hauteur et en largeur du bassin) au même moment où la sélection naturelle poussait vers de plus grands cerveaux permettant l'utilisation d'outils. Ce dilemme obstétrical aurait été résolu par la naissance du fœtus à un stade beaucoup plus précoce du développement avec un crâne mou, les fontanelles permettant à la tête de se déformer pour s'adapter au passage par le canal pelvien[21],[22]. Toutefois, selon une autre analyse plus récente, un bassin maternel plus large n’aurait pas remis en question la bipédie, ni rendu la marche forcément plus difficile. L'immaturité cérébrale à la naissance (appelée altricialité secondaire) serait liée au métabolisme maternel devenu incapable de supporter une gestation plus longue d’une progéniture à grand cerveau (les besoins nutritionnels intra-utérins de cette progéniture étant trop importants)[23],[24]. Quelle qu'en soit la raison, cette longue maturation du cerveau après la naissance permet à l'enfant humain — et à ses capacités cérébrales — de se développer en lien fort avec son environnement, et ce pendant une longue période[25],[26],[27].

IntelligenceModifier

 
Comparaison de crânes de primates
Article détaillé : Intelligence.

Il n'existe pas de définition universelle de l'intelligence. Elle peut être définie et mesurée par la vitesse et le succès pour résoudre des problèmes[28]. La flexibilité mentale et comportementale est souvent considérée comme étant une bonne mesure de l'intelligence. Cette flexibilité permet l'apparition de nouvelles solutions[29]. L'humain est l'animal qui possède la plus grande capacité à trouver de nouvelles solutions[1]. Les oiseaux corvidés sont étonnamment intelligents du point de vue de l'utilisation d'outils, de la flexibilité et de la planification d'actions. Ils peuvent même rivaliser avec les primates dans une certaine mesure[30]. Il existe peu de données comparant l'intelligence entre les différents animaux[1].

Évolution de la taille du cerveau humainModifier

L'évolution du cerveau humain a été une suite complexe de variation de taille, principalement des augmentations, intercalés avec des épisodes de réorganisation du cortex cérébral[31]. La science de l'étude des cerveaux fossiles s'appelle la paléoneurologie.

Espèce Volume endocrânien Date d'apparition
Sahelanthropus tchadensis 350 cm3 7 millions d'années BP
Australopithecus afarensis 400 - 550 cm3 3,9 millions d'années BP
Homo habilis 550 - 700 cm3 2,3 millions d'années BP
Homo ergaster 750 - 1 000 cm3 1,85 million d'années BP
Homo neanderthalensis 1300 - 1 700 cm3 450 000 ans BP
Homo sapiens 1300 - 1 500 cm3 300 000 ans BP
 
Comparaison d'un crâne d'homme moderne à gauche et d'un crâne néandertalien à droite.

L'apparition de la bipédie, il y a au moins 7 millions d'années, avec Sahelanthropus tchadensis, aurait eu pour conséquence le recentrage de l'os occipital, alors qu'il oblique vers l'arrière chez les grands singes, et une réorganisation de la structure cérébrale[32].

Une hypothèse avancée pour expliquer l'augmentation de la taille du cerveau des Homo prend en compte le mode de chasse[33],[34]. Les premiers Homo se seraient mis à chasser du gibier en engageant de longues courses provoquant des surchauffes dangereuses pour les cellules cérébrales. L'augmentation de la taille du cerveau aurait permis de compenser ces pertes avant que les humains s'adaptent en régulant plus efficacement leur température.

L'évolution du cerveau ne s'est pas faite de façon linéaire mais par paliers. Les premiers australopithèques possédaient un cerveau un peu plus grand que le cerveau des chimpanzés actuels. Les Australopithecus afarensis avaient un volume endocrânien compris entre 400 et 550 cm3, alors que les crânes de chimpanzés vivant aujourd’hui ont un volume interne de moins de 400 cm3 et les gorilles entre 500 et 700 cm3. La taille du cerveau a ensuite progressivement augmenté par rapport à la taille du corps pendant 2 millions d'années. On estime que la taille du cerveau aurait été multipliée par plus de 3. Homo habilis, premier représentant connu du genre Homo, apparu il y a 2,3 millions d'années, a vu une augmentation modeste de la taille de son cerveau. Il présentait en particulier une expansion d'une partie du lobe frontal impliquée dans le langage appelé l'aire de Broca[35]. Les premiers crânes fossiles d'Homo ergaster, datés de 1,8 million d'années, présentaient un volume en moyenne légèrement supérieurs à 750 cm3. De là, le volume crânien a lentement augmenté pour atteindre 1 000 cm3 il y a environ un million d'années[36]. Homo ergaster est notamment l'inventeur de l'industrie acheuléenne. Il y a 450 000 ans, Homo neanderthalensis apparaît. Son cerveau culmine entre 1 300 et 1 700 cm3. Il est l'humain ayant eu le plus grand cerveau. D’après les analyses de fossiles de nouveau-nés néandertaliens, il semble pourtant qu'à la naissance, leur tête n'était pas plus grande que celle des humains modernes mais que la croissance des enfants néandertaliens était plus rapide, ce qui leur permettaient d'atteindre un volume crânien plus important qu'Homo sapiens[2].

Il y a environ 300 000 ans, c'est au tour d'Homo sapiens d’apparaître[37]. Son cerveau atteint 1 500 cm3. La taille moyenne du cerveau des hommes modernes a diminué au cours des 28 000 dernières années. Le cerveau masculin a diminué de 1 500 cm3 à 1 350 cm3 (soit 10 %) tandis que le cerveau féminin a diminué dans la même proportion[38]. Les 10 000 dernières années de l'existence de l’espèce humaine a vu une diminution de la taille des cerveaux. Des carences nutritionnelles chez les populations agricoles sont un facteur parfois avancé par certains chercheurs pour expliquer cette tendance. Les sociétés industrielles des 100 dernières années ont cependant vu la taille du cerveau rebondir. La meilleure nutrition infantile et la diminution du nombre des maladies pourraient en être la raison[36].

Les conséquences de cette diminution de la taille du cerveau depuis Néandertal ne sont pas clairement établies. Il n’est pas exclu que Néandertal ait eu de meilleures capacités cognitives dans certains domaines. Certains scientifiques pensent que sa vision était meilleure que celle des hommes modernes[39]. Certains chercheurs pensent que les capacités cognitives de Neandertal étaient au moins similaires à celle de l’homme moderne[40],[32]. D’autres travaux théorisent une plus grande efficacité du cerveau des hommes modernes qui compenserait une taille plus réduite. À partir du Pléistocène supérieur, Homo sapiens d'abord, puis l'Homme de Néandertal ont enterré leurs morts ce qui est une preuve d'une pensée métaphysique. Ils utilisaient tous deux une gamme d'outils plus ou moins élaborés, et ont eu une production artistique, quoique limitée chez Néandertal[32]. De récentes études de 2017 de la plaque dentaire trouvée sur des dents de Néandertaliens suggèrent que les hommes de Neandertal utilisaient des plantes médicinales pour se soigner notamment des analgésiques (acide salicylique des bourgeons de peuplier) et des antibiotiques naturels (Penicillium)[41].

RemarqueModifier

Les progrès technologiques et l'augmentation du QI moyen bien que liés à l’intelligence ne signifient pas que les capacités cognitives des humains modernes s’améliorent. Ces évolutions sont liées à des changements sociaux et démographiques[32] comme la transmission des savoirs. Certains hommes modernes de tribus primitives tels que les Nambikwara, bien que dotés du même cerveau, vivaient il y a encore quelques décennies dans le dénuement le plus complet sans aucun habillement ou outillage. Un style de vie peu différent des premiers hommes[42]. Des critères reflétant plus objectivement les capacités cognitives et non liés à l’éducation, tels que le temps de réaction, montreraient, au contraire, une diminution des capacités cognitives depuis au moins une centaine d’années[43].

Réarrangement du cerveau humainModifier

Pour certains chercheurs les augmentations quantitatives dans le tissu neural et de la capacité neurale de traitement de l'information ont été les déterminants les plus importants de l'intelligence humaine. Pour d'autres, c’est plutôt une réorganisation du cerveau humain qui a été le principal déterminant de l'augmentation des capacités mentales[44]. Les scientifiques sont arrivés plus récemment à une sorte de consensus lorsqu’ils ont réalisé qu’un changement quantitatif et la réorganisation neuronale ne sont pas des phénomènes mutuellement exclusifs. En effet, chez les mammifères, l'augmentation de la taille du cerveau est corrélée ou prédit diverses formes de réorganisation du cerveau, y compris une diminution de la densité neuronale, une augmentation du nombre des connexions des neurones, un nombre de circonvolutions et fissures accru, une spécialisation accrue des neurones et enfin une augmentation de la taille du néocortex, du cervelet, de l'hippocampe et d'autres structures neurales[45],[46].

Parmi les espèces de mammifères, celles qui présentent les plus grands cerveaux sont généralement celles avec les plus grandes capacités mentales. Dans de nombreux cas, la taille élevée est accompagnée, non seulement de capacités de traitement plus importantes, mais aussi d’une augmentation du nombre de modules neuronaux, d’une augmentation de la taille du néocortex et d'autres zones supérieure du traitement neural et d’une augmentation de la connectivité neuronale[47].

Avec l'utilisation de l'imagerie in vivo par résonance magnétique (IRM) et l'échantillonnage des tissus, différents échantillons corticaux des membres de chaque espèce d'hominidés ont été analysées. Les zones spécifiques du cerveau présentaient une variabilité par la taille suivant les espèces observées. Ces différences peuvent être la marque de la spécificité de l’organisation neuronale de chaque espèce. Des variations de la taille du cortex peuvent montrer des adaptations spécifiques, des spécialisations fonctionnelles et ou des événements évolutifs de l'organisation du cerveau des hominidés. Dans un premier temps, il était considéré que l’analyse du lobe frontal (une partie importante du cerveau qui est responsable du comportement et des interactions sociales) pouvait permettre de prédire les différences de comportement entre les hominoïdes et les humains modernes. On pense maintenant que l'évolution a eu lieu dans d'autres parties du cerveau qui sont strictement associés à certains comportements.

La réorganisation du cerveau qui est supposée avoir eu lieu est pensée avoir été plus organisationnelle que volumétrique. Alors que les volumes du cerveau sont restés relativement comparables, la position de certains points de repère spécifiques des caractéristiques anatomiques de surface, par exemple le sillon semi-lunaire, suggèrent que les cerveaux ont subi une réorganisation neurologique[48].

Des fossiles dentaires des premiers humains et hominidés montrent que le développement morphologique des hominidés immatures marquait une pause y compris chez les australopithèques et d’autres Homo[49]. Ces périodes de repos sont des périodes où il n'y a pas d'éruptions dentaires de dents adultes. Pendant cette phase du développement, l'enfant s’habitue à la structure sociale et à la culture[50]. Cette période, absente chez les autres hominidés, donnerait à l'enfant un avantage en lui permettant de se consacrer plusieurs années à son développement cognitif, par exemple au développement de la parole ou de la coopération au sein d'une communauté. Les chimpanzés ne disposent pas de cette période dentaire neutre. Des études suggèrent l’apparition de cette période de repos très tôt chez les hominidés[51].

L'intelligence de l'homme semble résulter d'une combinaison et de la mise en valeur de propriétés présentes également chez les primates non-humains plutôt que des propriétés uniques, tels que la théorie de l'esprit, l'imitation et le langage[1].

Facteurs génétiques chez l'HommeModifier

Les estimations d'héritabilité basées sur des jumeaux et des familles, indiquent que 50 à 80% des différences d'intelligence peuvent être expliquées par des facteurs génétiques[52],[53]. Une étude de 2017 parue dans Nature Genetics montre que le coefficient de corrélation des facteurs génétiques et de l'intelligence atteint r = 0,89[54].

Des chercheurs de l'université d'Édimbourg et de l'université Harvard publient en dans Molecular Psychiatry, une revue publiée par Nature Publishing Group, la plus grande étude à la date de sa parution, sur les liens entre génétique et intelligence[55]. Les chercheurs ont découvert des centaines de nouveaux gènes liés à la puissance cérébrale (187 locus indépendants impliquant 538 gènes)[56]. Selon les auteurs de l'étude, la neurogenèse et la myélinisation, ainsi que les gènes exprimés dans les synapses et ceux impliqués dans la régulation du système nerveux, peuvent expliquer certaines des différences biologiques de l'intelligence[56]. Grâce à ces résultats, les scientifiques ont démontré pour la première fois qu'il est possible de prédire l'intelligence d'un individu à l'aide d'un test d'ADN[57].

Microcéphaline et ASPMModifier

Bruce Lahn et ses collègues, du Centre médical Howard Hughes à l'Université de Chicago, ont suggéré l’existence de gènes spécifiques contrôlant la taille du cerveau humain. Ces gènes pourraient avoir joué un rôle dans l'évolution du cerveau. L'étude a commencé avec l’évaluation de 214 gènes impliqués dans le développement du cerveau. Ces gènes ont été obtenus à partir d'êtres humains, de macaques, de rats et de souris.

Lahn et les autres chercheurs ont trouvé des séquences d'ADN responsables de la modification des protéines au cours de l’évolution. Le temps nécessaire pour l’apparition de ces changements a ensuite été estimé. Les résultats suggèrent que ces gènes liés au développement du cerveau humain ont évolué beaucoup plus rapidement chez l'homme que chez les autres espèces. Une fois cette preuve génomique acquise, Lahn et son équipe ont décidé de trouver le ou les gènes responsables de cette évolution rapide spécifique. Deux gènes ont été identifiés. Ces gènes contrôlent la taille du cerveau humain. Ces gènes sont la microcéphaline (MCPH1) et la microcéphalie anormale fusiforme (ASPM). Les mutations de la microcéphaline et la microcéphalie anormale fusiforme causent une diminution du volume cérébral jusqu’à une taille comparable à celle des premiers hominidés[58],[59]. Les chercheurs de l'Université de Chicago ont pu déterminer que sous la pression de la sélection naturelle, des variations significatives de séquences d'ADN de ces gènes se sont répandues. Des études antérieures de Lahn montrent que la microcéphaline a connu une évolution rapide qui a finalement conduit à l'émergence de l'Homo sapiens. Après l'apparition de l'homme, la microcéphaline semble avoir montré un taux d'évolution plus lent. Au contraire, l'ASPM a montré l’évolution la plus rapide après la divergence entre les chimpanzés et les humains[60].

Chacune des séquences de gènes est passée par des changements spécifiques qui a conduit à l’apparition des ancêtres des humains. Afin de déterminer ces modifications, Lahn et ses collègues ont utilisé des séquences d'ADN provenant de plusieurs primates puis comparé ces séquences avec celles des humains. Après cette recherche, les chercheurs ont analysé statistiquement les principales différences entre les primates et l'ADN humain pour arriver à la conclusion que les différences étaient dues à la sélection naturelle. Les changements accumulées dans les séquences d'ADN de ces gènes ont donné un avantage compétitif et une meilleure condition physique aux humains. Ces avantages couplés avec une taille de cerveau plus grande ont permis en fin de compte à l'esprit humain d'avoir une capacité cognitive supérieure[61].

Une forme dérivée de la microcéphaline appelé haplogroupe D est apparue il y a environ 37 000 ans BP (il y a entre 14 000 et 60 000 ans) et s’est répandue pour devenir la forme la plus courante de microcéphaline partout dans le monde sauf en Afrique subsaharienne. Cette propagation rapide suggère un processus de sélection naturelle fort et récent[62]. Cependant, les scientifiques n’ont pas identifié les pressions évolutives qui pourraient avoir causé la propagation de ces mutations[63]. Cette variante du gène est suspectée de contribuer à l'augmentation de volume du cerveau[64]. La distribution contemporaine des formes ancestrales de MCPH1 et d'ASPM est corrélée avec l'incidence des langues tonales, mais la nature de cette relation est loin d'être claire[65].

L'haplogroupe D pourrait provenir d'une lignée séparée de l'homme moderne depuis environ 1,1 million d'années. L'haplogroupe aurait ensuite par introgression été intégré dans le génome des humains modernes. Cette constatation confirme la possibilité de mélange entre l'homme moderne et des lignées d’Homo spp éteints (Species pluralis)[62]. En particulier les Néandertaliens ont été suggérés comme la source possible de cet haplotype sans être confirmé[66],[67]. Dans le cas de l'allèle de la Microcéphaline D, d'autres études ont apporté des preuves d’introgression depuis une population archaïque[68],[69],[70],[71].

FOXP2Modifier

Le gène FOXP2 interfère avec la partie du cerveau responsable du développement du langage. Ce gène contrôle la croissance des cellules nerveuses et leurs connexions durant l'apprentissage et le développement. Il régule additionnellement de nombreux autres gènes. Ils jouent également un rôle important dans la reproduction humaine et l'immunité. Le gène FOXP2 est hautement conservé entre les espèces. L’évolution semble avoir favorisé un sous-ensemble de variations en particulier chez les Européens[5].

Des lésions cérébrales et des troubles du développement tels que les troubles de l’autisme, peuvent interférer avec les capacités de communication et les compétences sociales chez les humains modernes[5].

Les Néandertaliens ont généralement été décrit comme ayant peu de capacités sociales ou culturelles. Cependant, le fait qu'ils avaient le même gène FOXP2 que les humains modernes suggère que les Néandertaliens possédaient une certaine capacité de communication[5],[72],[73].

HuntingtineModifier

Tous les humains possèdent deux copies du gène Huntingtin (HTT), qui code la protéine Huntingtine (HTT). Le gène est aussi désigné par HD et IT15. Une partie de ce gène est un triplet de nucléotides CAG répété[74]. Ce gène a été trouvé chez des amibes[75]. Il serait apparu il y a 800 millions d'années[76]. Chez les Deutérostomiens, le gène semble lié à la complexité cérébrale. Un grand nombre de triplet CAG (entre 27-35) chez l'Homme serait corrélé à des capacités cognitives et sensorielles supérieures. La protéine huntingtine joue un rôle clé dans le développement cérébrale chez l'Homme[77]. Un nombre supérieur à 35 est responsable du déclenchement de la maladie de Huntington.

Gène KlothoModifier

Article détaillé : Gène klotho.

Le gène KLOTHO est un gène responsable de la synthèse de la protéine Klotho qui est impliquée dans le processus de vieillissement. Il est situé sur le chromosome 13 humain. Certains variants de ce gène chez l'homme et la souris augmente l’activation des NMDAR (en), un récepteur au glutamate. Théoriquement, ce variant augmenterait d'environ 6 points le quotient intellectuel ce qui ferait de Klotho le gène connu ayant le plus d'impact sur l'intelligence à ce jour, devant les gènes NPTN (en) et HMGA2 (en)[78].

Perspectives d'évolutions futuresModifier

Une plus grande intégration du cerveau humain avec la technologie et les perspectives qu'offre le génie génétique pourrait donner à l'évolution du cerveau humain un futur imprévisible[36],[79].

RéférencesModifier

  1. a b c d et e (en) Gerhard Roth et Ursula Dicke, « Evolution of the brain and intelligence », Trends in Cognitive Sciences, vol. 9,‎ , p. 250–257 (ISSN 1364-6613 et 1879-307X, PMID 15866152, DOI 10.1016/j.tics.2005.03.005, lire en ligne, consulté le 17 juin 2016).
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Articles connexesModifier