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Le bricolage de l'évolution
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François Jacob et le bricolage de l’évolution

Économie ou empathie, nous n’avons rien inventé

Reconsidérer les fondements des sciences cognitives

Le cortex est cette mince couche de neurones (d'environ 3 mm d'épaisseur) qui recouvre la surface de chaque hémisphère cérébral. Le cortex du cerveau humain est généralement divisé en 3 parties apparues successivement au cours de l'évolution :
- l'archicortex (ou archeocortex) s'est développé en association avec le système olfactif; il correspond au gyrus dentelé et à l'hippocampe des mammifères et ne possède pas encore les six couches du néocortex;
- le paléocortex est aussi lié au système olfactif et n'est pas stratifié en différentes couches; il correspond au cortex piriforme et au cortex para-hippocampique;
- le néocortex (ou isocortex) est la portion du cortex apparue le plus récemment et constitue de loin la plus grande portion du cortex chez les primates; il possède une stratification de six couches distinctes de neurones.


Au cours de l’évolution, le cortex cérébral a augmenté de façon considérable sa surface mais très peu son épaisseur. On observe ainsi que le cortex humain est 15 % plus épais que celui du macaque, mais qu’il a une surface au moins 10 fois plus grande. Comparé à la souris, l’écart est encore plus marqué : le cortex de l’humain est deux fois plus épais, mais environ mille fois plus étendu !


Le cerveau n’a pas une fonction unique sur laquelle pourrait agir l’évolution. Il est plutôt une collection de systèmes, certains diraient des modules, contrôlant chacun des fonctions différentes. Si on prend les émotions par exemple, on connaît assez bien les différents systèmes à l’origine de la peur, de la colère ou du dégoût.

Par conséquent, l’évolution a tendance à agir sur ces systèmes individuellement plutôt que sur le cerveau dans son ensemble. Il est vrai que l’évolution a pu jouer en faveur d’une augmentation globale de la taille du cerveau des primates par exemple, mais reste que son influence se fait surtout sentir sur des systèmes spécifiques.


Chez les vertébrés, la céphalisation s'accroît généralement en allant des groupes les plus anciens (poisson) aux groupes les plus récents (mammifères). Chez les invertébrés cependant, le processus serait davantage lié à la forme générale du corps, à la diversité des organes sensoriels, au mode de vie et à la variété des comportements plutôt qu’à la place du groupe dans l’arbre phylogénétique.

Lien : Invertebrate nervous system
UN CERVEAU OÙ LE NOUVEAU SE BÂTIT SUR L'ANCIEN

Le concept du cerveau triunique proposé par MacLean en 1970 est un raccourci pratique pour attirer l’attention sur le lourd passé évolutif de notre cerveau. Mais cette cohabitation de structures reptiliennes, paléomammaliennes et néomammaliennes est beaucoup plus intriquée qu’un simple emboîtement de poupées russes.

Depuis l’avènement des premiers mammifères il y a plus de 200 millions d’années, le cortex cérébral a pris de plus en plus d’importance par rapport aux autres structures plus anciennes. Celles-ci ayant fait leur preuve pour assurer certains besoins fondamentaux, il n’y avait aucune raison pour qu’elles disparaissent et l’évolution a donc favorisé l’ajout d’annexes et l’agrandissement plutôt que la reconstruction à partir de zéro.

Les cerveaux de différentes espèces de mammifères, à la même échelle à gauche,
et agrandis sans être à l’échelle à droite.

Cet agrandissement de la surface du néocortex (aussi appelé isocortex) se remarque d’abord chez les mammifères prédateurs comparés aux herbivores. Malgré le fait que la prédation soit difficile, la capture d’une proie constitue un repas de grande valeur nutritive comparé à la végétation. Or chasser requiert un système sensoriel et moteur très perfectionné. Un mammifère ayant un plus grand néocortex se trouve donc avantagé puisque c’est là que se trouve les aires sensorielles et motrices.

On observe aussi que la taille du néocortex a pris énormément d’ampleur chez les primates depuis les petits singes comme les lémurs jusqu’aux grands singes et aux humains. Pour plusieurs, cet accroissement du néocortex serait un reflet de la complexité croissante de la vie sociale chez les primates. En effet, il semble que la capacité de prédire le comportement des autres dans un groupe ait constitué un gros avantage évolutif. L’accroissement de certaines aires corticales, responsable de compétences sociales comme le langage, aurait donc été retenu parce qu’il améliorait cette capacité.

Un autre point sur lequel tout le monde s’entend est que l’augmentation des circonvolutions du cortex est un facteur important de l’évolution du cerveau. Ces circonvolutions, en permettant à une plus grande surface corticale de tenir dans la boîte crânienne, permettent une meilleure organisation des comportements complexes.

 

On entend encore souvent parler des autres animaux comme s’ils étaient une forme dégradée des humains. Comme s’il y avait une échelle dans la nature et que tout devait tendre vers la nature humaine située évidemment au sommet.

Or ce n’est pas ce que l’on observe. Chaque lignée a évolué de façon indépendante et le rat est par exemple parfaitement adapté à son environnement. Il n’est pas en voie d’extinction et vit en parfaite harmonie dans son environnement. On pourrait dire la même chose de la majorité des espèces peuplant cette planète qui ont pourtant des cerveaux beaucoup plus petits que le nôtre.


Importance croissante des aires associatives du rat à l’humain, en passant par le chat. Aire sensorimotrice en vert; aire visuelle en rouge, aire auditive en bleu.


Par conséquent le succès, d’un point de vue évolutif, ne dépend pas de la taille du cerveau. On sait d’ailleurs que les gros cerveaux n’ont pas remplacé les petits mais se sont simplement ajoutés à eux, élargissant ainsi la distribution des tailles existantes.

D’innombrables petits cerveaux parfaitement adaptés existent encore de nos jours. Les gros cerveaux qui se sont développés plus tard sont simplement le fruit de la tendance intrinsèque de l’évolution à jouer avec toutes les possibilités. La croissance de la complexité observée partout dans la nature ne serait donc pas « l’objectif » de l’évolution, mais bien un « effet secondaire » de ses incessantes expérimentations au fil des millénaires.

 


Peut-on dire qu’il existe une relation entre la taille du cerveau et une certaine « complexité comportementale » ? Non puisque les cerveaux d’éléphants et de baleine sont 4 à 5 fois plus gros que le cerveau humain et que l’on s’accorde tout de même pour dire que leur comportement est moins complexe que celui des humains.

Pour rendre significative la relation entre la taille du cerveau et la complexité comportementale, il faut considérer la taille du cerveau en relation avec la taille du corps de l’animal. Car une grande surface corporelle demande inévitablement de plus grandes aires sensorielles par exemple. Or lorsqu’on pondère pour la taille, on constate qu’il y a effectivement une relation entre la taille du cerveau et la complexité des comportements.

Mais plus important encore que la taille du cerveau, ce sont les différences dans le développement de ses différentes parties qui vont avoir un effet sur le comportement. Si l’on prend par exemple le cervelet impliqué dans la coordination des mouvements musculaires, son poids par rapport au reste du cerveau est remarquablement constant chez tous les mammifères. À l’opposé, celui du néocortex varie grandement selon les espèces. Les poissons et les amphibiens en sont complètement dépourvus, tandis que le néocortex représente 20 % du poids du cerveau d’une musaraigne et… 80 % de celui de l’humain !

C’est durant la transition des primates à l’humain que le néocortex s’est le plus développé. Et de toutes les régions du néocortex, c’est certainement le cortex préfrontal qui a connu la plus forte expansion chez l’humain.

 


Les spécialistes de l’évolution font une distinction entre des structures anatomiques homologues et analogues.

Deux structures sont homologues si elles ont une origine embryonnaire et phylogénétique commune. Ainsi, l’avant-bras d’un humain, l’aile d’un oiseau ou la nageoire pectorale d’un dauphin sont constitués des mêmes os hérités d’un lointain ancêtre commun et sont donc considérés comme des structures homologues. L’existence même de structures homologues dans le règne animal est d’ailleurs considéré comme l’une des preuves les plus solides de l’évolution.

À l’opposé, des structures analogues remplissent les mêmes fonctions chez différentes espèces qui proviennent de deux lignées évolutives complètement différentes. On pense par exemple à l’aile d’un insecte versus l’aile d’un oiseau. Les deux servent à voler mais n’ont rien en commun d’un point de vue taxonomique. Les structures analogues sont le produit de « l’évolution convergente », c’est-à-dire des solutions trouvées de manière indépendante chez des organismes différents pour faire face aux mêmes contraintes environnementales.

Lien : Vous avez dit « Evolution convergente » ? Lien : INTRODUCTION TO PHYLOGENY AND CLASSIFICATION Lien : Alain Prochiantz (ENS), Vidéo La cognition au regard du développement des individus et de l'évolution des espèces.
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