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Pourquoi la gyrification est-elle avantageuse ?

Pourquoi la gyrification est-elle avantageuse ?


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« Explication » standard : J'ai vu d'innombrables articles et experts en neurosciences expliquer que «la gyrification corticale est avantageuse car elle augmente la surface, ce qui augmente évidemment votre intelligence» (par exemple, cet article de wikipedia).

Des questions): Mais cette explication fait cruellement défaut, pourquoi la superficie est-elle si importante ? Cela implique que d'une manière ou d'une autre, l'espace vide contribue à la cognition (puisque l'alternative est que cet espace soit rempli de matière cérébrale).

Ma meilleure supposition : Les seules suppositions que j'ai sont que cela fonctionne peut-être comme des connexions de couche de saut dans les ANN résiduels. Cette section de la page wiki dit qu'elle est avantageuse car "elle permet aux neurones d'être plus proches les uns des autres", ce qui, je suppose, corrobore en quelque sorte mon idée ?

Des questions): Mais c'est encore beaucoup trop vague et spéculatif. Pourquoi ces mêmes schémas de câblage ne pourraient-ils pas simplement émerger dans un cerveau à surface lisse sans gaspiller d'espace ? De plus, cela implique-t-il que si vous aviez plus de matière cérébrale pour remplir ces espaces plus tard, votre intelligence diminuerait ?


Réponse courte
L'anatomie structurelle du cortex cérébral est étroitement liée à sa fonctionnalité. Le cortex est une feuille mince de seulement quelques couches de cellules profondes. L'expansion de la puissance de traitement nécessite l'agrandissement de la surface de cette feuille, et simplement augmenter son volume n'aide pas. En conséquence, gyri et sulci se sont développés au cours de l'évolution pour s'adapter à cette restriction.

Fond
Le cerveau humain est caractérisé par un cortex proéminent et élargi, beaucoup plus gros que celui des autres primates. Ceci est principalement dû à la grande expansion du cortex cérébral au cours de l'évolution. Les structures sous-jacentes sont cependant restées stables (Toro et al., 2008). Le cortex cérébral abrite les fonctions cognitives supérieures qui nous séparent des autres animaux, nous permettant de raisonner, de parler, d'écrire des livres, de développer une culture, etc. En conséquence, pour permettre le développement de ces fonctions cognitives supérieures chez l'homme, c'était le cortex qui avait besoin d'expansion, et non les structures cérébrales plus profondes et plus anciennes qui régissent les besoins les plus fondamentaux de la vie (respiration, battements cardiaques, etc.).

Parce que le cortex ne forme qu'une fine couche de quelques cellules d'épaisseur qui recouvre le reste du cerveau, une solution a dû être trouvée lorsque le cortex était en expansion chez nos premiers ancêtres hominidés, car tout le cerveau n'avait pas besoin d'être gonflé, juste le cortex. Le pliage du cortex augmente le rapport surface/volume de telle sorte qu'une surface corticale en expansion s'adapte sur une base relativement stable.

Pour aller plus loin - pourquoi ne pas augmenter le volume afin d'adapter ces neurones supplémentaires dans? Puisque le volume d'une balle augmente d'un tiers de puissance avec le rayon, pourquoi diable la nature continuerait-elle à s'accrocher à l'augmentation de la surface, et ne se contenterait-elle pas de gonfler le cortex en augmentant son épaisseur ?

Cela a à voir avec le fait que le architecture verticale du cortex est resté remarquablement stable au cours de l'évolution. En d'autres termes, l'évolution d'une plus grande aire corticale pour améliorer les processus cognitifs supérieurs s'est produite de la manière la plus parcimoniale si typique de l'évolution : prendre une structure existante et l'agrandir quand il y a besoin de plus.

Le cortex est généralement constitué d'une fine couche recouvrant le cerveau et n'a pas plus de 3 mm d'épaisseur. Le néocortex représente la grande majorité du cortex cérébral. Il a six couches et contient entre 10 et 14 milliards de neurones. Les six couches de cette partie du cortex sont numérotées avec des chiffres romains de superficiel à profond (Fig. 1). La couche I est la couche moléculaire, qui contient très peu de neurones ; couche II la couche granuleuse externe ; couche III la couche pyramidale externe; couche IV la couche granuleuse interne ; couche V la couche pyramidale interne ; et la couche VI la couche multiforme ou fusiforme (Review of Clinical and Functional neuroscience, chapitre 11).


Fig. 1. Couches corticales. source : Construction Mentale.

Fondamentalement, la couche IV reçoit la plupart des entrées de la périphérie via le thalamus (entrées visuelles, auditives, tactiles, etc.), la couche II/III s'occupe des projections horizontales pour un traitement ultérieur, tandis que la couche V s'occupe de la sortie (sortie motrice, etc. ). Cette architecture de base ne peut pas être modifiée facilement sans changer l'ensemble du fonctionnement central du cortex. Par analogie - pour accélérer les ordinateurs de manière parcimonie, on peut assez facilement augmenter le nombre de processeurs. Trouver un processeur plus rapide est difficile de nos jours, car l'évolution des capacités d'un seul processeur est pratiquement dans une impasse.

Ainsi, pour augmenter le nombre de neurones corticaux, la surface corticale doit être agrandie. Comme la base (structures sous-corticales) reste à peu près la même, la création de plis (gyri et sillons) est le meilleur moyen, et peut-être le seul moyen d'augmenter la surface corticale.

Référence
- Toro et al., Cortex cérébral (2008); 18(10): 2352-7


Voir la vidéo: Quelles sont les différentes techniques chirurgicales? (Juin 2022).


Commentaires:

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