© Matthew Cobb, 2020

First published as The Idea of the Brain by Profile Books Ltd.

L’édition originale de cet ouvrage a été publiée sous le titre
The Idea of the Brain par Profile Books Ltd.

Direction artistique : Élisabeth Hébert

Couverture : Julie Coinus

Ouvrage publié avec le concours du

© Dunod, 2021 pour la traduction française
11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.com

ISBN : 978-2-10-082500-4

À la mémoire de Kevin Connolly (1937-2015),
professeur de psychologie à l’université de Sheffield, qui m’a mis sur la route qui m’a conduit jusqu’ici.

Préface à l’édition française

Le titre de cet ouvrage, comme tout titre condamné à être court, ne reflète pas parfaitement son objet, qui est la mise en évidence d’un paradoxe. Il n’y a plus guère de neurobiologistes pour douter que le cerveau « secrète » la pensée et la conscience comme le foie la bile, mais la manière dont il le fait reste inconnue, et aucun des modèles proposés jusqu’ici n’a apporté même un début de réponse satisfaisante.

Grâce à cet ouvrage, aux éditions Dunod et à l’excellente traduction de Nicolas Chevassus-au-Louis, les lecteurs français pourront découvrir un auteur original, déjà bien connu du public anglophone, tant pour l’originalité des thèmes qu’il aborde que pour son style vivant et le regard critique qu’il porte sur les sujets qu’il explore : les théories de la génération au XVIIe siècle, la découverte du plus grand secret de la vie – le code génétique – au XXe siècle ou l’histoire de la Résistance française. La clé de sa réussite est de combiner des connaissances riches et diverses, et un goût très fort pour l’histoire et ses acteurs ; ce qui lui permet à la fois d’admirer les progrès accomplis dans les sciences, mais de voir aussi les obstacles auxquels elles se sont heurtées dans le passé et ceux qui aujourd’hui encore freinent leur développement.

Le présent ouvrage, publié en langue anglaise très récemment, est certainement le plus personnel que Matthew Cobb ait écrit jusqu’à présent, puisqu’il a lui-même contribué à l’étude du cerveau par ses travaux sur le comportement – en particulier olfactif – des insectes, et la question posée au cœur du livre, « avons-nous, ou aurons-nous bientôt, une explication biologique de la conscience ? », peut difficilement laisser indifférent son auteur. Et ce n’est pas trahir un secret que de dire que Matthew Cobb a consacré à la préparation de cet ouvrage encore plus de temps et d’énergie qu’à ses ouvrages précédents.

Ce livre n’est pas une histoire des théories biologiques et philosophiques sur le cerveau et la conscience. Il n’est pas non plus un état de la question en ce début de XXIe siècle, ni un questionnement sur les obstacles rencontrés et la manière de les surmonter. Il est tout cela à la fois… et bien plus. Il met en lumière des acteurs et des contributions qui ont été oubliés. Il montre combien les carrières scientifiques sont dépendantes des circonstances et des relations que nouent les chercheurs. Il rappelle aussi ce qui est souvent occulté dans les ouvrages de neurobiologie : le prix payé par de nombreux cobayes, humains ou animaux, pour ce progrès des connaissances. Il offre un tableau très complet des expériences et des connaissances récemment acquises. Enfin, il révèle ce que l’on trouve malheureusement trop rarement dans les ouvrages qui parlent de science : les modèles que tous les chercheurs admirent, mais que bien peu comprennent ; les expériences qui, bien que parfaitement reproductibles, ne disent pas ce que l’on avait initialement cru pouvoir leur faire dire ; et tout ce qui a été laissé de côté dans les études pour de bonnes, mais plus souvent de mauvaises raisons : le corps, comme si le cerveau flottait dans le vide, les cellules autres que les neurones qui sont présentes dans le cerveau et les neurohormones. De manière plus grave, mais c’est un reproche que l’on pourrait faire à de très nombreux travaux de biologie, le fonctionnement du cerveau est étudié en occultant le fait qu’il s’est construit progressivement au cours de l’évolution.

Nous ne dévoilerons pas la manière dont l’auteur voit l’évolution des recherches dans les futures décennies. Son objectif est d’ailleurs de faire un recensement des possibles bien plus que de choisir entre eux.

Je voudrais retenir simplement deux questions qui ont une place majeure dans l’ouvrage et qui intéresseront tous ceux qui s’interrogent sur la formation des connaissances scientifiques.

La première est celle des modèles qui ont accompagné et parfois permis le progrès des connaissances, particulièrement mais pas uniquement, des sciences du vivant. L’étude du système nerveux a successivement bénéficié d’un modèle hydraulique, électrique et plus récemment informatique. À la lecture de cet ouvrage, il est bien difficile de porter un jugement sur leur valeur heuristique. Le lecteur découvrira, à sa surprise sans doute, tant le modèle informatique continue à être largement diffusé dans les médias, que de nombreux neurobiologistes s’interrogent sur sa pertinence, et que certains pensent même qu’il constitue un obstacle qu’il faudra surmonter pour progresser dans la connaissance du cerveau ; ce qui jette un doute sur la possibilité de produire rapidement des machines qui pensent.

Une seconde question qui a occupé une place centrale dans l’étude du cerveau depuis le début du XIXe siècle, mais n’est pas absente dans d’autres disciplines scientifiques, est celle de la localisation des fonctions. Si l’on replace le problème dans un cadre plus large, il s’agit de savoir si la fonction globale d’un système peut être plus ou moins facilement déduite de celles de ses parties. La question et les réponses ont été largement dépendantes des techniques utilisées pour mettre en évidence les fonctions du système. Aujourd’hui, c’est l’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui constitue l’outil principal. Matthew Cobb montre combien il faut être prudent dans l’interprétation des observations. Cette prudence et cette méfiance se retrouvent aussi dans les jugements qu’il porte sur des notions ou des théories considérées par leurs adeptes comme « la » solution du problème de la conscience.

Le lecteur aura compris que la lecture de cet ouvrage est une priorité. Il est riche en informations et très agréable à lire. Surtout, guidé par l’auteur, il force à réfléchir à une question centrale pour tout être humain : d’où vient cette étrange capacité à penser, et à être conscient de ses pensées ?

Michel Morange

Professeur émérite

Institut d’histoire et de philosophie des sciences et des techniques (IHPST)

Université Paris I Panthéon Sorbonne

Les principales régions du cerveau humain

Prologue

En 1665, l’anatomiste danois Nicolas Sténon s’adressa à un petit groupe de savants réunis à Issy, dans la banlieue sud de Paris. Devant ce cénacle, dont allait en partie naître peu après l’Académie des sciences, fut formulée pour la première fois l’approche moderne du cerveau. Sténon défendait l’idée que, pour comprendre comment fonctionne le cerveau, il faut, plutôt que d’en décrire les différentes parties, le considérer comme une machine que l’on démonterait pour voir comment elle marche.

Cette idée révolutionnaire est suivie depuis plus de 350 ans. On a scruté en détail le tissu cérébral, enlevé des morceaux de cerveau, enregistré l’activité électrique des cellules nerveuses (les neurones) et, plus récemment, modifié le fonctionnement neuronal avec des conséquences surprenantes. Bien que la plupart des chercheurs en neurosciences n’aient jamais entendu parler de Sténon, son approche a dominé des siècles de sciences du cerveau. Elle est à l’origine des remarquables progrès dans la compréhension de notre plus extraordinaire organe.

Nous savons aujourd’hui induire chez une souris un faux souvenir d’odeur qu’elle n’a jamais rencontrée, améliorer sa mémoire, et même modifier par une décharge électrique la manière dont les gens perçoivent les visages. Nous traçons des cartes fonctionnelles du cerveau de plus en plus détaillées, qu’il soit humain ou non. Chez certaines espèces, nous savons modifier à volonté la structure la plus intime du cerveau, ce qui entraîne des changements de comportement de l’animal. Les dispositifs qui permettent à une personne paralysée de contrôler un bras robotisé par son seul esprit sont une des manifestations les plus frappantes de notre maîtrise croissante du cerveau.

Nous ne savons cependant pas tout faire, du moins pour le moment. Nous ne savons pas créer artificiellement une expérience sensorielle précise (ce que les drogues hallucinogènes font, mais de manière non contrôlée) chez l’homme, même si nous y parvenons chez la souris. Deux équipes ont récemment entraîné des souris à lécher une bouteille d’eau pour boire lorsqu’elles voyaient certaines bandes lumineuses, tout en enregistrant l’activité électrique d’un petit nombre de neurones dans les centres visuels de leur cerveau. Puis, à l’aide de techniques complexes d’optogénétique, ils ont créé artificiellement ce motif d’activité neuronale chez les mêmes souris. Elles se sont alors mises à lécher la bouteille comme si elles avaient vu les bandes lumineuses, même lorsqu’elles étaient plongées dans l’obscurité la plus profonde. Une interprétation possible est que, pour la souris, le motif d’activité neuronale associé à la vision de ces bandes est identique au fait de voir réellement ces bandes. D’autres expériences astucieuses seront nécessaires pour tester cette interprétation, mais le fait est que nous sommes sur le point de comprendre comment des motifs d’activité au sein de réseaux de neurones créent des perceptions sensorielles.

Ce livre raconte l’histoire de siècles de découvertes qui ont vu de brillants esprits, certains aujourd’hui oubliés, d’abord comprendre que le cerveau produit la pensée, puis commencer à étudier comment il le fait. Ce livre décrit les découvertes extraordinaires faites depuis que nous tentons de comprendre le fonctionnement du cerveau, tout en portant une attention particulière au récit des expériences ingénieuses qui ont permis ces nouveaux savoirs.

Mais ce grand récit du progrès des connaissances présente un grave défaut, que reconnaissent rarement les nombreux livres qui entendent expliquer le fonctionnement du cerveau. Nous ne comprenons pas clairement, même si nous avons quelques idées à ce sujet, comment des milliards, des millions, des milliers ou même des dizaines de neurones travaillent ensemble pour produire l’activité cérébrale.

Nous avons une idée générale de la manière dont tout cela se passe. Le cerveau interagit avec le monde extérieur et avec le corps, codant les stimuli qu’il en reçoit grâce à des réseaux neuronaux à la fois innés et acquis. Le cerveau prédit comment ces stimuli sont susceptibles de changer de manière à anticiper une réponse. Les neurones, avec leurs connexions complexes et les nombreux signaux chimiques dans lesquels ils baignent, sont responsables de tous ces phénomènes. Même si cela peut heurter vos croyances les plus intimes, il n’existe aucune personne désincarnée flottant dans votre tête qui guiderait l’activité de votre cerveau. Il n’existe que des neurones, et leurs réseaux de connexions imbibés de substances chimiques.

Mais s’il s’agit de comprendre ce qui se passe dans un cerveau au niveau des réseaux neuronaux et des cellules qui les constituent, ou de prédire les conséquences de la modification de l’activité d’un réseau particulier, force est de reconnaître que nous n’en sommes qu’aux balbutiements. Nous sommes peut-être capables d’induire une perception visuelle artificielle chez la souris en mimant un certain motif d’activité neuronale, mais nous ne comprenons pas bien comment et pourquoi cette perception visuelle produit naturellement cette activité.

L’idée fondatrice de Sténon selon laquelle il faut aborder le cerveau comme une machine est importante pour comprendre comment nous avons pu faire de tels progrès tout en n’ayant qu’une compréhension si superficielle de l’étonnant organe que nous avons dans la tête. Le terme de machine a pris, à travers les siècles, différentes significations. Chacune d’elle a eu des conséquences sur la manière de concevoir le cerveau. Du temps de Sténon, n’existaient que deux types de machines pouvant servir de modèle : les moulins à eau, et les horloges. Il s’avéra vite qu’elles n’étaient guère utiles à la compréhension de la structure ou du fonctionnement du cerveau, et plus personne ne s’en inspire aujourd’hui. Au XIXe siècle, avec la découverte de cellules nerveuses répondant aux stimulations électriques, le cerveau est d’abord vu comme un réseau télégraphique puis, après la découverte des neurones et des synapses, comme un central téléphonique, à l’organisation plus flexible (cette métaphore est parfois encore utilisée dans les articles scientifiques).

Depuis les années 1950, nos conceptions sont dominées par des concepts importés de l’informatique vers la biologie : boucles de rétro-action, codage de l’information, calcul. Mais même si de nombreuses fonctions du cerveau impliquent bien une forme ou une autre de calcul, il n’en est que très peu que nous comprenions vraiment et de nombreuses idées théoriques, brillantes et influentes, sur la manière dont le cerveau calcule se sont révélées complètement fausses. Surtout, et les scientifiques du milieu du XXe siècle qui avaient les premiers proposé ce parallèle entre cerveau et ordinateur l’ont vite compris, le cerveau n’est pas numérique. Même le cerveau de l’animal le plus simple n’est pas un ordinateur, même d’un modèle que nous ne saurions qu’imaginer et non construire. Le cerveau n’est pas un ordinateur, mais il en est plus proche qu’il ne l’est d’une horloge, et réfléchir aux parallèles entre ordinateur et cerveau peut nous aider à comprendre ce qui se passe dans nos têtes, ou dans celle des animaux.

À explorer les machines auxquelles on a comparé, au fil des siècles, le cerveau, il est clair que, même si nous sommes loin d’une compréhension complète, notre réflexion s’est considérablement enrichie. Ce n’est pas tant dû aux faits surprenants que nous avons découverts qu’à la manière dont nous les interprétons.

À travers les siècles, chaque nouvelle couche de métaphore technologique est venue ajouter quelque chose à notre compréhension, en permettant de concevoir de nouvelles expériences et de réinterpréter les anciennes. Mais, étroitement liés à nos métaphores, nous finissons toujours par être limités dans les questions que nous nous posons et la manière dont nous les abordons. Beaucoup de scientifiques sont aujourd’hui convaincus qu’en concevant le cerveau comme un ordinateur qui répond passivement à des signaux d’entrée en analysant des données, nous oublions qu’il est un organe actif, qu’il fait partie d’un corps qui interagit avec le monde extérieur, et dont l’histoire évolutive a modelé la structure et la fonction. Nous perdons de vue des aspects essentiels de son activité. En d’autres termes, les métaphores que nous utilisons modèlent nos idées, mais pas toujours de manière heureuse.

Conséquence de ces liens entre la technologie et les sciences du cerveau, nos futures idées seront influencées par de nouveaux développements technologiques imprévisibles. À l’avenir, nous reviendrons sur nos certitudes actuelles, écarterons des idées fausses et développerons de nouvelles théories. Oui, mais dans quel sens ? Pour des scientifiques convaincus que leur pensée – y compris les questions qu’ils se posent et les expériences qu’ils imaginent – est en partie structurée et limitée par les métaphores technologiques, il est extrêmement tentant de chercher à savoir quelle sera la prochaine grande innovation technologique. Si j’avais la moindre idée à ce sujet, je serais très riche.

*

Ce livre n’est ni une histoire des neurosciences, ni une histoire de l’anatomie et de la physiologie du cerveau, ni une histoire des études sur la conscience, ni une histoire de la psychologie. Il contient un petit peu de tout cela, mais l’histoire que je raconte est fort différente pour deux raisons. La première est que mon propos est d’explorer la richesse des manières dont nous nous sommes représentés le cerveau avec un intérêt tout particulier pour les preuves expérimentales. De ce fait, ce livre ne traite pas seulement du cerveau humain, car l’étude du cerveau d’autres animaux, et pas seulement parmi les mammifères, a permis de mieux comprendre ce qui se passe dans nos têtes.

L’histoire de la compréhension du cerveau présente des thèmes récurrents, dont certains provoquent toujours d’intenses débats aujourd’hui. Un bon exemple est l’éternelle controverse sur le niveau de localisation de certaines fonctions dans des régions spécifiques du cerveau. Cette idée remonte à des millénaires. À maintes reprises, et de nos jours encore, on a pu affirmer que des parties du cerveau sont responsables de certaines choses, comme la perception tactile de la main, la capacité à maîtriser la syntaxe ou la maîtrise de soi. Ces affirmations n’ont en général pas tardé à être nuancées, soit que l’on ait découvert que d’autres régions influençaient aussi cette fonction, soit que l’on se soit rendu compte que la région en question était aussi impliquée dans d’autres tâches. À chaque fois, l’idée de localisation n’a pas été complètement abandonnée, mais elle est devenue bien plus floue qu’on ne le pensait d’abord. La raison en est simple. Les cerveaux, contrairement aux machines, n’ont pas été conçus. Aucun plan n’a été dressé. Ce sont des organes qui ont évolué depuis plus de cinq cents millions d’années, et il n’y a donc que très peu, voire aucune, raison de s’attendre à ce qu’ils fonctionnent comme les machines de notre invention. L’intuition fondatrice de Sténon – aborder le cerveau comme s’il était une machine – s’est avérée incroyablement fertile, mais elle ne permettra jamais d’arriver à une description complète et satisfaisante de la manière dont le cerveau fonctionne.

L’interaction entre sciences du cerveau et technologie, qui est le fil conducteur de ce livre, souligne que la science fait partie de la culture. Une partie de l’histoire que nous nous apprêtons à raconter montrera comment les idées de leur époque sur le cerveau se retrouvent dans les œuvres de Shakespeare, Mary Shelley, Philip K. Dick et d’autres. Cette histoire culturelle montre, de manière intrigante, que les métaphores peuvent s’échanger dans les deux sens. Au XIXe siècle, au moment où le cerveau et le système nerveux sont pensés comme des réseaux télégraphiques, le décryptage de messages codés en Morse est décrit en termes d’activité nerveuse. De même, les premiers ordinateurs sont comparés à des cerveaux et les découvertes de la biologie servent à justifier les projets de John von Neumann de construire le premier ordinateur numérique.

La seconde raison pour laquelle ce livre n’est pas seulement historique se découvre à la lecture de son sommaire, qui comprend trois parties : passé, présent, futur. La partie « présent » montre que, pour certains chercheurs, la métaphore de l’ordinateur qui guide notre compréhension du cerveau depuis quelque soixante-dix ans va bientôt nous conduire dans une impasse.

Voilà qui peut paraître paradoxal, au vu de l’accumulation considérable de données sur la structure et la fonction d’une vaste gamme de cerveaux, des plus petits au nôtre. Des dizaines de milliers de chercheurs consacrent une énergie et un temps considérables à réfléchir au fonctionnement cérébral, que de nouvelles technologies époustouflantes nous rendent de mieux en mieux capables de mesurer et de manipuler. Chaque jour apporte son lot de nouvelles découvertes sur le cerveau, mais aussi de promesses – ou de menaces – de nouvelles technologies qui nous rendront capables de faire des choses aussi incroyables que de lire les pensées, détecter les criminels ou même télécharger notre esprit dans un ordinateur.

À rebours de cette activité exubérante, le sentiment, perceptible depuis une dizaine d’années dans les revues et livres scientifiques, se répand parmi les spécialistes des neurosciences que l’avenir de leur discipline n’est pas si radieux. Il est difficile de savoir ce qu’il faudrait faire, à part accumuler encore plus de données ou faire confiance à la dernière approche expérimentale à la mode. Cela ne veut pas dire que tous sont pessimistes. On trouve par exemple des chercheurs convaincus que l’utilisation de nouvelles méthodes mathématiques permettra de décrire les innombrables interconnexions du cerveau humain. D’autres préfèrent étudier les minuscules cerveaux de vers et d’asticot, en comptant ensuite, selon une approche éprouvée, appliquer les enseignements tirés de l’étude de ces systèmes très simples à des cas plus complexes. Au fond, la plupart des spécialistes pensent que les progrès seront nécessairement lents et fragmentaires, et qu’il est illusoire d’attendre une grande théorie unificatrice.

Le problème est double. Le premier aspect est que le cerveau, et pas seulement celui de l’homme, est d’une complexité sidérante, qui en fait l’objet le plus complexe de l’univers. L’astronome Lord Reeds a souligné qu’un cerveau d’insecte est plus complexe qu’une étoile et Darwin a écrit que le cerveau d’une fourmi, si petit mais capable de produire une telle diversité de comportements, « est l’une des plus merveilleuses choses dans le monde, peut-être plus encore que le cerveau d’un homme ». Voilà qui donne la mesure du défi à relever si l’on veut comprendre le fonctionnement cérébral.

Ce qui nous mène au second aspect. En dépit d’un tsunami de données sur le cerveau alimenté par des laboratoires du monde entier, nous manquons d’idées sur la manière de les utiliser comme sur leur signification. Je pense que cela montre que la métaphore de l’ordinateur, qui a été si utile pendant un demi-siècle, pourrait bien avoir atteint ses limites, tout comme celle du cerveau comme système télégraphique finit par perdre tout intérêt au XIXe siècle. Certains scientifiques en viennent à remettre en cause les métaphores les plus installées du cerveau et du système nerveux, comme l’idée que les réseaux neuronaux représentent le monde extérieur grâce à un code neural. Le cadre qu’imposent ces métaphores très répandues pourrait s’avérer trop étroit pour favoriser l’essor de la compréhension scientifique de la manière dont fonctionne le cerveau.

On peut soutenir que, même en l’absence de nouvelles technologies, les développements de l’informatique, en particulier de l’intelligence artificielle et des réseaux de neurones formels – domaines qui, soit dit en passant, s’inspirent de la manière dont fonctionne le cerveau – vont donner une nouvelle vie à la métaphore de l’ordinateur. Peut-être. Mais comme on le lira, les meilleurs spécialistes de l’apprentissage profond – le domaine le plus dynamique et le plus étonnant de l’informatique actuelle – reconnaissent bien volontiers qu’ils ne comprennent pas comment leurs programmes font ce qu’ils font. Je ne suis pas du tout persuadé que l’informatique nous fournira de nouveaux éclairages sur la manière dont le cerveau fonctionne.

Un des indicateurs les plus graves de notre méconnaissance du cerveau est la très sérieuse crise de notre compréhension de la santé mentale. Depuis les années 1950, la science et la médecine ont développé des approches chimiques pour soigner les maladies mentales. Des milliards de dollars ont été dépensés pour développer des médicaments aujourd’hui largement prescrits, mais on ne sait toujours pas bien pourquoi ils sont efficaces, ni même s’ils le sont. Il n’existe aucune perspective de développement de nouvelles catégories de médicaments contre les principales maladies mentales. La plupart des grandes entreprises pharmaceutiques ont renoncé à trouver de nouvelles molécules antidépresseurs ou anxiolytiques, car elles estiment que le coût autant que l’incertitude de ces recherches sont trop élevés. Ce n’est au fond guère surprenant : puisque nous ne sommes déjà pas capables de comprendre correctement ce qui se passe dans le cerveau des animaux les plus minuscules, il n’y a guère de chances que nous sachions quoi faire lorsque nos têtes se mettent à ne plus tourner rond.

Une énergie considérable est consacrée à décrire les innombrables connexions entre neurones et créer ce que l’on appelle des connectomes, ou plus simplement mais aussi plus métaphoriquement des plans de câblage. Il n’est pas aujourd’hui envisageable d’établir un connectome au niveau cellulaire d’un cerveau de mammifère, bien trop complexe, mais on en possède de plus basse résolution. De tels travaux sont indispensables, car nous avons besoin de comprendre comment les différentes parties du cerveau sont connectées, mais ils ne pourront à eux seuls donner un modèle de fonctionnement cérébral. De plus, il ne faut pas sous-estimer le temps nécessaire à ces entreprises. Des chercheurs sont en train d’établir un connectome fonctionnel des dix mille cellules d’un cerveau d’asticot mais je serais bien surpris si, même d’ici cinquante ans, nous comprenions comment fonctionnent ces cellules et leurs interconnexions. On pourrait en déduire que comprendre le cerveau humain, avec ses dizaines de milliards de cellules et sa faculté troublante et incroyable à produire l’esprit, est un but inatteignable. Mais la science est la seule méthode permettant d’aller vers ce but, et il sera un jour atteint.

À plusieurs reprises déjà, par le passé, les chercheurs travaillant sur le cerveau se sont montrés hésitants quant aux recherches à mener. Dans les années 1870, alors que s’effondrait la métaphore télégraphique, la science du cerveau était pleine de doutes, et beaucoup de chercheurs pensaient que l’on ne pourrait jamais élucider la nature de la conscience. Cent cinquante ans plus tard, nous ne comprenons toujours pas l’émergence de la conscience, mais les scientifiques sont plus confiants dans la perspective d’y parvenir un jour, même si les défis à relever sont énormes.

Comprendre les efforts des chercheurs d’autrefois pour percer les mystères du cerveau aide à définir ce que nous devons faire aujourd’hui pour atteindre ce but. Notre ignorance actuelle ne doit pas être tenue pour une défaite mais pour un défi, un moyen de nous concentrer sur ce qu’il faut d’abord découvrir et de concevoir un programme de recherche pour y parvenir. La dernière partie, plus spéculative, de ce livre est consacrée à ces défis à relever. Certains lecteurs pourront la trouver provocatrice et ils auront bien raison. Mon propos est bien de provoquer une réflexion sur ce qu’est le cerveau, sur ce qu’il fait et sur comment il le fait, et surtout d’encourager à penser les étapes suivantes de la recherche, même en l’absence de nouvelles métaphores technologiques. C’est pourquoi ce livre, qui est plus qu’un livre historique, démontre que les quatre mots les plus importants dans la science sont : « nous ne savons pas ».

Passé

L’histoire des sciences diffère d’autres types d’histoires car la science est en général cumulative. Chaque étape se construit à partir des savoirs existants, les intégrant, les rejetant ou les transformant. Le résultat semble être une compréhension toujours plus fine du monde, même si la connaissance n’est jamais définitive et que de futures découvertes pourront venir invalider ce que l’on tenait pour vrai. Cet aspect cumulatif de l’histoire des sciences conduit de nombreux chercheurs à présenter l’histoire de leur discipline comme une galerie de grands hommes (le fait est qu’il n’y eut que peu de femmes) encensés si l’on pense qu’ils ont eu raison et critiqués, voire ignorés, s’ils sont réputés avoir eu tort. Mais l’histoire des sciences n’est pas une suite ininterrompue de brillantes théories et découvertes : elle est pleine d’aléas, d’erreurs et de confusion.

Bien comprendre le passé permet de comprendre la genèse des théories et des cadres de pensée actuels et même d’imaginer ce que demain pourrait être. Souvenons-nous que les idées d’autrefois n’étaient pas perçues comme des étapes qui mènent aux idées d’aujourd’hui. C’étaient des idées à part entière, dans toute leur complexité et leur obscurité. Toute idée, même celle qui semble aujourd’hui la plus dépassée, a un jour été nouvelle, excitante, moderne. Nous pouvons sourire des idées étranges du passé, mais la condescendance n’est pas de mise. Si des choses nous semblent aujourd’hui évidentes, c’est parce que les erreurs du passé, qui ont souvent été difficiles à identifier, ont été corrigées au prix de lourds efforts de travail et de réflexion.

Il s’agit donc de comprendre pourquoi nos ancêtres ont pu accepter des idées que nous savons aujourd’hui fausses, voire aberrantes. Ce que nous prenons aujourd’hui pour l’ambiguïté ou le manque de clarté d’une approche ou d’une idée est bien souvent ce qui a permis son acceptation. De telles théories imprécises permettent la création d’un cadre de pensée commun à des scientifiques qui ne sont pas d’accord sur tout, en attendant qu’une expérience décisive vienne trancher leurs désaccords.

Nous ne devons jamais juger stupides les idées du passé, ou ceux qui y adhéraient. Un jour, nous appartiendrons au passé, et nos idées apparaîtront certainement bizarres ou ridicules à nos descendants. Nous faisons de notre mieux, comme le faisaient nos ancêtres. Tout comme celles des générations précédentes, nos idées scientifiques sont influencées par le monde interne des preuves scientifiques, mais aussi par le contexte social et technologique dans lequel elles se développent. Certaines de nos théories se révéleront fausses ou impropres, et ce sont de futures expériences qui le démontreront. C’est ainsi que la science progresse, et c’est bien là sa puissance.

Chapitre 1

Le cœur

De la Préhistoire au XVIIe siècle

Tous les scientifiques s’accordent sur le fait que la pensée est produite par l’activité, selon des modalités que nous ne comprenons pas, de milliards de cellules dans la structure la plus complexe de l’univers qu’est le cerveau. Aussi surprenant que cela paraisse aujourd’hui, ce n’est que depuis peu que le cerveau est ainsi placé au cœur de notre compréhension. Quasiment tout ce que nous savons de la Préhistoire et de l’histoire ancienne montre que nous avons d’abord et pendant très longtemps considéré que le cœur, et non le cerveau, était l’organe essentiel de la pensée et des émotions. Ces conceptions anciennes, pré-scientifiques, ont laissé des traces dans notre langue de tous les jours, avec des expressions comme « apprendre par cœur », « en avoir le cœur brisé » ou « prendre à cœur » (et des exemples comparables se retrouvent dans beaucoup de langues). Ces expressions portent en elles une charge émotionnelle issue de cette vision du monde dont nous sommes supposés être sortis. Il suffit de remplacer « cœur » par « cerveau » pour s’en convaincre.

Les plus anciennes œuvres écrites montrent l’importance de cette idée dans les cultures antiques. Dans L’épopée de Gilgamesh, écrite il y a 4 000 ans dans ce qui est aujourd’hui l’Irak, les émotions et les sentiments proviennent du cœur. Dans le Rig-Veda, un ensemble d’hymnes rédigés en sanskrit védique il y a environ 3 200 ans, le cœur est considéré comme le siège de la pensée1. La pierre de Chabaka, une stèle de basalte de l’Égypte ancienne conservée au British Museum, est recouverte de hiéroglyphes racontant un mythe qui montre combien le cœur est indispensable à la pensée2. L’Ancien Testament relate de son côté que, à l’époque même où la pierre de Chabaka était gravée, les Juifs croyaient que le cœur était à l’origine de la pensée tant chez les humains que chez Dieu3.

De telles idées existaient également dans les Amériques. Les grands empires Maya (250-900) et Aztèque (1400-1500) voyaient dans le cœur le siège des émotions et des pensées. Nous avons également des aperçus des croyances des peuples de l’Amérique du Nord et de l’Amérique centrale qui n’ont pas, contrairement aux Mayas et aux Aztèques, développé de vastes cultures urbaines. Au début du XXe siècle, des ethnographes ont enregistré et documenté leurs traditions et croyances. On ne peut être certain que ces conceptions étaient les mêmes que celles qui existaient avant l’arrivée des Européens, mais toutes supposent une sorte d’« esprit de vie », de conscience émotionnelle, relié au cœur et à la respiration. Cette conception était largement répandue, du Groenland au Nicaragua, et chez des peuples vivant dans des environnements aussi variés que les Inuits, les Salishes de la côte du nord-ouest du Pacifique, ou les Hopis de l’Arizona4.

Le psychanalyste suisse Carl Jung, qui a voyagé au Nouveau-Mexique dans les premières décennies du XXe siècle, ne disait pas autre chose. Ochwiay Biano, du peuple Taos, avec qui il discutait sur le toit d’une maison d’adobe blanc, lui expliqua qu’il ne comprenait pas les blancs, qu’il tenait pour cruels, nerveux et agités. Intrigué, Jung demanda à Biano pourquoi il pensait ainsi.

« Ils disent qu’ils pensent avec leur tête » me répondit-il. « Bien sûr, avec quoi d’autre crois-tu qu’ils le fassent ? » « C’est là que nous pensons », me dit-il en désignant son cœur5.

Toutes les cultures ne partagent pas cette focalisation sur le cœur. À l’autre bout du monde, les aborigènes d’Australie et des îles du détroit de Torres plaçaient (et placent toujours) au centre de leur vision du monde le lien à la terre, y compris en ce qui concerne l’esprit et l’âme. Il ne leur viendrait pas à l’idée de placer le siège de la pensée dans le corps6. De même, la médecine et l’anatomie chinoises traditionnelles mettaient à l’origine l’accent sur l’interaction entre différentes forces, plutôt que sur la localisation de fonctions. Mais dès que les penseurs chinois ont cherché à comprendre le rôle des différents organes, ils ont donné au cœur une place centrale7. Le Guanzi, une encyclopédie écrite au VIIe siècle avant notre ère par le philosophe Guan Zhong, souligne que le cœur est essentiel à toutes les fonctions du corps, y compris la perception sensorielle.

Ces conceptions centrées sur le cœur correspondent à notre expérience commune. Le cœur change de rythme quand nos sentiments changent. Des émotions violentes, comme la colère, le désir sexuel ou la peur modifient même plusieurs organes, saisissant tout le corps jusqu’à modifier nos pensées comme si elles étaient véhiculées par le sang. C’est pourquoi des expressions anciennes comme « du fond du cœur » et d’autres du même genre sont si fréquentes. Elles correspondent à la manière dont nous percevons spontanément notre vie intérieure. De même que le Soleil semble tourner autour de la Terre, le cœur semble être le siège de la pensée et des émotions. Si l’on a longtemps cru à cette idée, c’est parce qu’elle paraissait évidente.

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Certaines cultures ont cependant compris que le cerveau avait des fonctions particulières, même si on ne pouvait s’en rendre compte qu’à la suite de blessures. Rédigé dans l’Égypte ancienne, le papyrus Edwin Smith8 décrit les circonvolutions du cerveau et observe que les lésions d’un côté peuvent entraîner la paralysie de l’autre côté du corps. Mais pour les scribes qui en sont les auteurs, comme pour tous les anciens Égyptiens, le cœur n’en restait pas moins le siège de l’âme et de l’activité mentale.

La première remise en cause de cette vision centrée sur le cœur s’est produite dans la Grèce antique. En trois siècles et demi, entre 600 et 250 avant notre ère, les philosophes grecs ont jeté les bases de la vision moderne de très nombreuses choses, dont le cerveau. Comme les autres peuples, les Grecs pensaient d’abord que le cœur était à l’origine des sentiments et des pensées. On peut s’en rendre compte dans les poèmes épiques attribués à Homère, rédigés quelque part entre le XIIe et le VIIIe siècle avant notre ère ou chez les tout premiers philosophes grecs9. Au Ve siècle avant notre ère, Alcméon de Crotone, du nom de la petite cité grecque du sud de l’Italie où il vivait, fut le premier à remettre en cause cette conception, ce qui fait qu’il passe parfois pour le père des neurosciences. On connaît cependant très mal sa vie et son œuvre. Aucun de ses écrits ne nous est parvenu, et tout ce que nous en connaissons provient de citations ultérieures par d’autres auteurs.

Alcméon s’intéressait aux sens, ce qui le conduisit naturellement à s’intéresser à la tête, qui regroupe les principaux organes sensoriels. Si l’on en croit les auteurs qui l’ont cité, Alcméon aurait découvert que les yeux, et plus généralement les organes des sens, sont reliés au cerveau par ce qu’il appelait des tubes étroits. Aétios, qui vécut 300 ans après, est réputé avoir dit qu’Alcméon pensait que « le cerveau est le centre de l’intelligence ». On ne sait pas bien comment Alcméon était arrivé à cette conclusion. Les auteurs qui ont parlé de lui ont souligné que son travail impliquait la réflexion spéculative, mais aussi l’étude directe, même si nous n’en avons aucune preuve. Il est possible qu’il ait disséqué un globe oculaire (pas nécessairement humain), qu’il ait observé des cuisiniers préparer des têtes d’animaux ou plus simplement qu’il ait manipulé des crânes d’animaux pour comprendre comment les yeux, la langue et le nez sont reliés au cerveau10.

Les premières affirmations bien documentées de la centralité du cerveau sont le fait, quelques décennies après la mort d’Alcméon, de l’école de médecine de l’île de Kos. Son représentant le plus célèbre est Hippocrate, et beaucoup des écrits de cette école lui ont été attribués, peut-être à tort. Un des textes les plus intéressants est De la maladie sacrée, écrit autour de 400 avant notre ère pour présenter à un public de non-spécialistes l’épilepsie (on ne sait pas bien pourquoi la maladie était considérée comme sacrée ou divine11). Pour ses auteurs :

« Tous devraient savoir que la source du plaisir, de la gaîté, du rire, de l’amusement, mais aussi du chagrin, de la douleur, de l’angoisse, des larmes, n’est autre que le cerveau. C’est l’organe qui nous permet de penser, voir et entendre, de distinguer le laid du beau, le mauvais du bon, l’agréable du désagréable… Le cerveau est aussi le siège de la folie et du délire, des peurs et terreurs qui nous assaillent souvent la nuit, mais parfois aussi le jour. C’est là que se trouvent les causes de l’insomnie et du somnambulisme, des trous de mémoire, de l’amnésie et des agitations insensées. »12

Les thèses de De la maladie sacrée reposent en partie sur des travaux à la fois pionniers et rudimentaires d’anatomie (« Le cerveau est double chez l’homme comme chez tous les autres animaux ; le milieu en est cloisonné par une membrane mince » écrivent les auteurs) mais elles révèlent aussi une bonne dose de confusion. Les auteurs écrivent par exemple que « quand on aspire le souffle par la bouche et les narines, ce souffle va d’abord au cerveau » et expliquent que les veines transportent l’air dans le corps. L’épilepsie est expliquée par l’entrée d’un fluide appelé « phlegme » dans les veines, empêchant l’air d’atteindre le cerveau ce qui provoquerait la crise. Certains prirent très au sérieux cette localisation de l’épilepsie dans le cerveau. Arétée de Cappadoce, un médecin grec qui vivait autour de 150 avant notre ère, soignait la maladie par trépanation – creusement d’un trou dans le crâne – et cette recommandation est restée dans les manuels européens de médecine jusqu’au XVIIIe siècle13. Arétée n’a pas inventé cette opération. On trouve, un peu partout sur la planète, des crânes qui ont été percés ou grattés du vivant des personnes datant d’il y a parfois plus de 10 000 ans14. Il est tentant de voir ces trépanations préhistoriques comme des formes archaïques de psychochirurgie (avec l’idée souvent avancée qu’elles auraient visé à faire sortir « les mauvais esprits »), mais cette interprétation est difficile à concilier avec le fait que, comme nous l’avons souligné, les conceptions faisant du cœur le siège des pensées étaient dominantes. Il est plus probable que ces opérations dangereuses aient servi à soulager des douleurs causées par des hémorragies crâniennes ou à enlever des fragments d’os suite à une blessure à la tête.

En dépit des idées avancées par Acméon ou l’école de Kos, et en l’absence de preuves expérimentales, il n’y avait pas de raison de penser que le cerveau, et non le cœur, est le siège des pensées et des émotions. Le plus influent des philosophes grecs, Aristote, contestait l’idée que le cerveau joue un rôle important dans la pensée ou le mouvement. Comme il l’écrit dans ses Parties des animaux :

« Ne découvrant pas la cause qui a fait que quelques sens sont, chez les animaux, placés dans la tête, et voyant que la tête est plus propre que toutes les autres parties à les recevoir, les naturalistes ont réuni par une simple conjecture le cerveau et la sensibilité l’un à l’autre. Dans nos ouvrages sur la Sensation, nous avons antérieurement démontré que c’est la région du cœur qui est le principe des sensations, et qu’il y a deux sens qui évidemment dépendent du cœur, le sens des choses tactiles, et le sens des saveurs. »

La thèse d’Aristote en faveur de la centralité du cœur repose sur des arguments qui semblent aller de soi, comme le lien entre mouvement, chaleur et pensée. Aristote observe que le cœur change de rythme lorsque l’on éprouve des émotions alors que le cerveau semble rester inchangé. Il affirme aussi que le cœur est la source du sang, indispensable aux sensations, alors que le cerveau n’en contient pas. De plus, tous les grands animaux ont un cœur alors que – selon lui – seuls les plus complexes ont un cerveau. Son dernier argument est que le cœur est chaud et en mouvement permanent, soit deux caractéristiques essentielles de la vie, alors que le cerveau est froid et immobile15. Du fait de l’absence de preuve d’un lien entre pensée et cerveau, les arguments d’Aristote étaient tout aussi convaincants que ceux de l’école de Kos. Il n’y avait aucune raison de choisir une manière de voir plutôt qu’une autre. Ailleurs qu’en Grèce, on continua à penser comme on l’avait toujours fait que seul le cœur importait.

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Après la mort d’Aristote, de nouvelles connaissances sur le rôle du cerveau apparurent à Alexandrie, à l’ouest du delta du Nil, dans l’Égypte dominée par les Grecs. Avec son réseau de rues à angles droits, ses canalisations enterrées et sa population multiculturelle, Alexandrie était un des centres les plus brillants du monde gréco-romain. Deux des anatomistes grecs les plus influents de l’époque ont profité de cette atmosphère intellectuellement fertile : Hérophile de Chalcédoine et Erasistrate de Ceos, qui travaillèrent tous deux à Alexandrie16.

Aucun des écrits d’Hérophile et d’Erasistrate ne nous est parvenu, mais des auteurs qui les ont cités leur ont attribué d’importantes découvertes sur la structure du cerveau. Elles s’expliquent sans doute par le fait que la dissection de corps humains fut, sans doute pour la première fois de l’histoire, autorisée durant une brève période à Alexandrie. Il se peut que les criminels condamnés à mort aient été disséqués vivant, ce qui dut être particulièrement horrible. On ne sait pas pourquoi la dissection fut autorisée à Alexandrie et non ailleurs, mais, quoi qu’il en soit, les médecins de la cité firent de grands progrès dans la connaissance anatomique du foie, de l’œil ou du système circulatoire. Ils décrivirent même le cœur comme une pompe.

Cette étude directe de l’anatomie humaine permit à Hérophile et Erasistrate de faire des découvertes importantes sur le cerveau et le système nerveux. Hérophile aurait décrit l’anatomie de deux régions essentielles (le cortex, qui forme les deux lobes cérébraux, et le cervelet, à l’arrière, qu’il tenait pour le siège de l’intelligence) et aurait montré que la moelle épinière, d’où partent les nerfs, est reliée au cerveau. On lui prête d’avoir distingué les nerfs reliés aux organes sensoriels et les nerfs moteurs, essentiels aux mouvements, ainsi qu’une théorie de la perception qui considère le nerf optique comme un tube dans lequel circule une forme d’air17. Erasistrate semble avoir développé une approche différente. En comparant à celui des cerfs et des lièvres le cerveau humain, il aurait noté que ce dernier a plus de circonvolutions, et serait donc responsable de la plus grande intelligence de notre espèce.

Est-ce le cœur ou le cerveau qui est le siège des pensées et des sentiments ? En dépit de la précision de leurs descriptions, Hérophile et Erasistrate ne sont pas parvenus à trancher la question. Ils ont surtout montré à quel point le cerveau est compliqué. La conception centrée sur le cœur développée par Aristote restait extrêmement influente, à la fois du fait du prestige de son auteur et parce qu’elle correspondait à l’expérience concrète quotidienne.

Il fallut attendre encore 400 ans pour que des preuves incontestables en faveur du rôle du cerveau soient apportées par l’un des penseurs les plus importants de la civilisation occidentale : Galien. Citoyen romain, Galien est né en 129 dans une riche famille de Pergame, dans l’ouest de l’actuelle Turquie18. Bien qu’il soit aujourd’hui surtout connu pour ses écrits médicaux – ses idées ont façonné la culture médicale occidentale pendant 1 500 ans –, il était un des principaux penseurs du monde romain tardif, auteur, tant en vers qu’en prose, de milliers de pages de philosophie19.

Galien a voyagé durant ses études à travers la Méditerranée orientale, y compris à Alexandrie, mais il a passé les années décisives de sa vie à Rome. Il y arriva en 162 à l’âge de trente-deux ans, après avoir travaillé pendant quatre ans comme médecin des gladiateurs de Pergame. En soignant leurs blessures, il comprit beaucoup de choses sur le corps humain. Il devint vite un médecin en vue de Rome, fréquentant les plus éminentes personnalités de la ville, comme l’empereur Marc Aurèle, et se faisant une réputation d’anatomiste aussi brillante que controversée. Pour convaincre de ses découvertes, il avait recours à des conférences pratiques durant lesquelles il décrivait ses idées nouvelles tout en les illustrant chez un animal. Le public était ensuite invité à témoigner de ce qu’il avait vu, et donc à en valider les conclusions. En ce sens, Galien est le fondateur de la médecine expérimentale. Mais la manière dont il est parvenu à ses conclusions est plutôt sordide, et l’on recommandera aux esprits sensibles de ne pas lire les trois paragraphes suivants.

Galien était persuadé que le cerveau est le siège de l’âme et de la pensée, et plus généralement qu’il est indispensable aux comportements et aux pensées. C’est ce qu’il entreprit de démontrer par ses expériences sur l’animal. Il n’existait à l’époque aucun anesthésique. Galien n’était pas insensible aux souffrances qu’il provoquait. Il recommandait de ne pas utiliser de singes car leurs mimiques faciales exprimant la douleur étaient proprement intolérables. Quoi qu’en désaccord avec ceux qui pensent que les animaux ne ressentent ni colère ni désir, il ne dit pas un mot, dans toute son œuvre, de la souffrance animale20.

Une des expériences les plus importantes de Galien porte sur le rôle des nerfs dans l’émission de la voix. Elle a été menée sur un porc car « l’animal qui crie le plus fort est le plus approprié pour étudier les lésions de la voix »21. En attachant le malheureux animal, le groin immobilisé, Galien taillait dans la chair pour mettre à jour le nerf laryngé récurent, des deux côtés de l’artère carotide. S’il ligaturait le nerf, les hurlements de l’animal cessaient. S’il desserrait le lien, ils reprenaient de plus bel. Les hurlements étaient à l’évidence émis par le larynx, mais quelque chose d’important semblait se produire dans les nerfs provenant du cerveau.

Dans d’autres expériences, plus remarquables encore, Galien entreprit de répondre à ses contradicteurs persuadés du rôle central du cœur. À l’un d’eux, il proposa de presser dans sa main le cœur de l’animal dont il avait ouvert le corps pour l’empêcher de battre. Le pauvre animal continuait de hurler. Galien ouvrit alors la boîte crânienne et demanda à son contradicteur d’écraser de ses mains le cerveau. Le porc cessa aussitôt ses hurlements et sombra dans l’inconscience. Mais si l’écrasement se relâchait, « l’animal reprenait conscience et se remettait à bouger » comme le rapporte Galien en personne. Ces expériences durent impressionner. Comme l’écrit l’historienne Maud Gleason : « Les démonstrations anatomiques de Galien relevaient de moins en moins du débat intellectuel et de plus en plus du spectacle de magie »22.

C’est en réfléchissant à ces expériences, elles-mêmes appuyées sur des descriptions anatomiques et sur le résultat d’intervention chirurgicale, y compris chez l’homme, que Galien se persuada que le cerveau était le centre de la pensée. Il soutenait que le cerveau produisait un certain type d’air, le pneuma, qui s’en échappait en cas de blessure, entraînant la perte de conscience. Mais si ce flux était rétabli, la conscience revenait. Les mouvements du corps s’expliquaient pour lui par ceux de l’air du cerveau, remplissant ses nerfs semblables à des tubes vides. Ses travaux d’anatomie, menés pour l’essentiel chez des animaux plus que chez des humains, montraient que les nerfs proviennent du cerveau et non du cœur comme l’affirmait Aristote.

En dépit de la force des arguments de Galien, l’autorité d’Aristote comme l’expérience intuitive qui faisait du cœur le centre de tout empéchèrent ces nouvelles idées sur le cerveau de l’emporter, même à Rome. Galien nous a laissé une œuvre immense. Ses quelque 400 traités, dont environ 170 nous sont parvenus, couvrent l’ensemble de la médecine et des sciences naturelles. Mais le déclin puis la chute de l’Empire romain ont entraîné la disparition de l’environnement intellectuel qui aurait permis aux idées de Galien de mener à d’autres découvertes. Il ne suffisait pas de se demander d’où les pensées venaient. Comme l’avait montré Galien, il fallait en passer par des recherches anatomiques et expérimentales, lesquelles supposaient un contexte d’ouverture intellectuelle et de connaissance des recherches antérieures. Ces conditions n’allaient pas être réunies pendant des siècles.

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L’héritage culturel de Rome et de la Grèce a pour la plupart été conservé dans les bibliothèques de l’empire romain d’Orient, avec pour capitale Byzance (l’actuelle Istanbul). À partir du VIIe siècle, l’essor de l’islam et l’apparition de plusieurs califats entraînèrent l’expansion d’une nouvelle culture vers la France à l’ouest, la Bulgarie au nord, et le Turkmenistan et l’Afghanistan vers l’est. Cette société islamique accordait une grande valeur au savoir et aux compétences techniques. Pour satisfaire le goût du prestige des nouvelles classes dominantes, on construisit des ponts et des canaux, on tira des horoscopes, on développa la production de papier et de verre, toutes activités qui nécessitaient soit la redécouverte d’anciens savoirs perdus, soit la création de nouveaux23.

Il s’ensuivit de nombreuses traductions des textes grecs et romains conservés dans les bibliothèques persanes ou byzantines, tout particulièrement à Bagdad où ce mouvement bénéficiait des largesses des califes et des riches marchands. Les idées qu’ils décrivaient furent reprises et étendues par les savants arabes, particulièrement avancés en algèbre, en astronomie, en optique et en chimie. En revanche, la médecine et l’anatomie ne firent guère de progrès, restant étroitement attachées aux textes grecs et romains. Les discussions sur le rôle du cerveau et du cœur en restèrent aux idées d’Aristote et d’Hippocrate, qui furent transmises à peu près inchangées durant des siècles.

Ibn Sīnā, connu en Occident sous le nom d’Avicenne, fut un des principaux médecins et philosophes de cette période. Né dans l’actuel Ouzbékistan en 980, il vécut dans ce qui est aujourd’hui l’Iran. Il est l’auteur de centaines de livres, qui opèrent une synthèse entre la pensée grecque et arabe et des traditions médicales plus orientales, allant jusqu’à l’Inde. Traduit en latin au XIIe siècle, il exerça une profonde influence sur la médecine occidentale pendant 500 ans. Avicenne acceptait l’idée de Galien selon laquelle les nerfs proviennent du cerveau et de la moelle épinière mais insistait aussi, comme Aristote, sur le fait que le cœur est la source première des mouvements et des sensations24. Sa conception était du reste en accord avec le Coran, qui mentionne souvent le cœur comme source de tout savoir et, tout comme la Bible, n’évoque jamais le cerveau.

Les idées de Galien furent également reprises par le médecin du Xe siècle Ali ibn Abbas al-Majusi, connu en Occident sous le nom d’Haly Abbas. Un historien l’a présenté comme « un Persan qui prit un nom arabe et écrivait dans la langue du Coran, un zoroastrien nourri de culture grec, un penseur islamique qui fut adopté dans le monde latin occidental moins d’un siècle après sa mort »25. Et pour en rajouter dans les échanges cosmopolites de cette période, son œuvre a été ensuite traduite en latin en Italie par un ancien réfugié musulman d’Afrique du nord devenu moine chrétien.

Haly Abbas a traduit de nombreux écrits de Galien, et en particulier ceux qui traitaient de la structure et du rôle du cerveau. « Le cerveau est le principal organe de la vue psychique. Il est le siège de la mémoire, de la raison et de l’intellect et c’est du cerveau que partent les sensations et les mouvements. »26

Haly Abbas proposa aussi une idée nouvelle, qui ne se trouvait pas chez Galien. Il affirmait que les trois cavités (ou ventricules) du cerveau sont remplies d’esprits animaux (notons que le mot « animal » a la même racine étymologique qu’« animé », qui se réfère à la source du mouvement) fabriqués par le cœur et transportés par le sang. Chaque ventricule a, selon lui, une fonction psychologique particulière. « Les esprits animaux des ventricules antérieurs créent les sensations et l’imagination, ceux du ventricule médian engendrent l’intellect ou la raison et ceux du ventricule postérieur produisent le mouvement et la mémoire ».

La théorie des trois ventricules représentée par Gregor Reisch dans Aepitoma omnis phylosophiae (1504). La perception et l’imagination sont localisées à l’avant, la cognition au milieu et la mémoire à l’arrière.

Bien qu’elle ne repose sur aucune preuve, cette idée a été très répandue en Europe et au Moyen-Orient pendant plus d’un millénaire27. On la trouve pour la première fois sous la plume de Némésius, évêque d’Emèse en Syrie au IVe siècle. Quelques décennies plus tard, Saint Augustin la mentionne, et cette approbation théologique contribuera à sa popularité28. Pendant plus de 1 200 ans, l’idée de localisation ventriculaire fut communément admise, avec au moins vingt-quatre variantes différentes entre le IVe et le XVIe siècles29. Nombre de grands savants européens ou arabes ont fait leur cette idée sans la remettre en cause, comme Léonard de Vinci, Roger Bacon, Thomas d’Aquin, Averroès ou Avicenne.

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Au début du XIIIe siècle, les traductions en latin des écrits d’Avicenne, et notamment sa difficile conciliation d’une localisation ventriculaire des facultés psychiques et d’un rôle central du cœur dans toutes les pensées et émotions, furent au centre de l’enseignement dans les nouvelles universités européennes. La conception de Galien insistant sur le cerveau, reprise par Haly Abbas, était connue, en particulier grâce à l’école de médecine de Salerne au sud de Naples. Mais la conception d’Avicenne l’emporta, notamment parce qu’elle s’appuyait sur Aristote, qui était alors, depuis que Thomas d’Aquin avait retravaillé ses idées pour les rendre compatibles avec le christianisme, la plus haute autorité intellectuelle du monde occidental. Une sorte de brouillard religieux marqué par le dogmatisme des théologiens s’abattit sur les sciences expérimentales, et en particulier l’anatomie.

Les lecteurs du Moyen-âge étaient bien conscients des profondes différences entre les conceptions centrées sur le cœur d’Avicenne et Aristote et celles insistant sur le cerveau de Galien et de l’école de Salerne, ainsi que des différentes tentatives de les concilier. Au XIIIe siècle, Albert le Grand trancha le débat en affirmant que Galien avait tort, et que tous les nerfs proviennent du cœur, comme l’avait dit Aristote30. Là où la pensée moderne aurait tenté de sortir de la controverse par des observations, la pensée scolastique médiévale recourait à une analyse textuelle approfondie des textes révérés des Anciens, et non à l’expérimentation.

Ce contrôle étroit de la scolastique médiévale sur la connaissance anatomique commença à se relâcher légèrement au début du XIVe siècle au sein de l’école de médecine de Bologne, où enseignait Mondino de Liuzzi. Pour la première fois depuis Erasistrate et Hérophile, 1 500 ans plus tôt à Alexandrie, il disséqua des corps humains, et rendit compte de ses observations dans Anatomia Mundini (L’anatomie de Mondino).

On ne comprend pas bien les évolutions morales et sociologiques qui ont permis autour de 1300 la réapparition de la dissection humaine. Les cadavres qu’il disséquait étaient ceux de criminels (ses instructions stipulent explicitement que « les corps doivent être, après décapitation ou pendaison, allongés sur le dos »31). La pratique avait quelques antécédents. On disséquait par exemple des animaux à Salerne au XIIe siècle et on se livrait à Bologne à des sortes d’autopsie visant à déterminer la cause de décès. L’inscription, par Mondino, de la dissection dans la formation des futurs médecins apparaît ainsi plus comme un prolongement attendu que comme une innovation soudaine32, et ce d’autant plus qu’il n’avait pas à affronter les autorités religieuses. Ni le christianisme ni l’islam n’interdisaient la dissection. Quelques textes arabes du IXe et du XIIe siècles évoquaient cette pratique, mais les savants qui redécouvraient Galien et Aristote ont pour l’essentiel repris leurs savoirs sans éprouver le besoin de les vérifier eux-mêmes par l’observation33. Et c’est bien ce qui était en train de changer, du moins en Europe occidentale.

Le plus important n’est ainsi pas que Mondino observait l’intérieur d’un corps mort, mais que, se faisant, il plaçait l’observation personnelle au-dessus de l’autorité des Anciens. Cette approche allait s’avérer réellement révolutionnaire, même si les conclusions auxquelles il parvint ne le sont guère. Mondino reprenait les idées de Galien sur les structures anatomiques et y ajoutait une interprétation aristotélicienne de leurs fonctions, faisant du cœur l’origine des mouvements et de la voix34.

Le livre de Mondino montrait que la dissection est une méthode de choix pour acquérir de nouveaux savoirs, mais il n’eut que peu d’influence. Dans ce monde d’avant l’imprimerie, les idées s’échangeaient lentement. Les preuves continuaient à être cherchées dans les textes, à commencer par la Bible, ceux des Anciens et tout le corpus théologique de Thomas d’Aquin et autres pères de l’Église. La foi religieuse restait l’essence de la connaissance et structurait la vie intellectuelle européenne.

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À partir du XVe siècle, le rythme des changements culturels et technologiques s’accéléra en Europe avec ce que l’on appelle classiquement la Renaissance et la Révolution scientifique. Les historiens discutent toujours de leurs causes et parfois même de leur existence. L’invention européenne de l’imprimerie (plusieurs siècles après celle des caractères mobiles d’impression en Chine) transforma la circulation des savoirs. Les traductions de la Bible en langues vernaculaire et l’essor du protestantisme nourrirent l’idée que la connaissance du monde peut provenir des individus eux-mêmes, et non nécessairement des autorités, en particulier celle des Anciens. Les révolutions au Pays-Bas et en Angleterre renversèrent les vieilles aristocraties et consacrèrent l’émergence politique, sociale et économique de nouvelles classes sociales, aux visions du monde plus radicales. À la même époque, la découverte des Amériques par les Européens et l’apparition de nouvelles maladies comme la syphilis sapèrent l’autorité des textes anciens, qui s’avéraient bien peu utiles pour comprendre ces bouleversements. Enfin, l’invention du télescope et du microscope révéla l’existence de mondes jusque-là invisibles tandis que des développement technologiques en hydraulique et en horlogerie fournissaient de nouvelles métaphores qui semblaient capables d’expliquer le fonctionnement aussi bien de l’univers que du corps humain.

Deux livres parus en 1543 transformèrent profondément, à des échelles différentes, nos conceptions de l’univers et de ses habitants. Le premier, De Revolutionibus Orbium Coelestium (Des révolutions des sphères célestes) de Nicolas Copernic proposait un modèle mathématique de l’univers dans lequel la Terre tourne autour du Soleil, en utilisant des théorèmes développés deux siècles plus tôt par des astronomes arabes. Le second est De Humani Corporis Fabrica (De la fabrique du corps humain) d’André Vésale. En 700 pages répartis en sept tomes, le livre combinait connaissance et esthétique en offrant au lecteur la description la plus précise jamais faite de l’anatomie humaine. Vésale tirait pleinement parti des possibilités nouvelles par l’imprimerie, en illustrant son livre de 200 superbes gravures sur bois montrant les observations faites à l’occasion de dissections. Professeur de médecine à Padou, Vésale est l’auteur d’une œuvre authentiquement révolutionnaire, tant par son contenu que par la manière dont elle a été obtenu.

Dans les décennies antérieures, plusieurs autres auteurs, comme Jacopo Berengario da Carpi, avaient publié des livres illustrés d’anatomie humaine fondés sur des dissections, mais ils manquaient de détails et n’étaient pas illustrés35. Il y avait aussi des précédents en matière de dissection du cerveau. En 1517, le chirurgien militaire allemand Hans von Gersdorff avait publié une brochure présentant six petites images du cortex cérébral à différentes étapes de la dissection. En 1538, Johannes Dryander de Marburg avait fait paraître onze gravures sur bois décrivant les différentes étapes de la dissection du cerveau36. Mais le chef d’œuvre de 1543 de Vésale était d’un tout autre niveau. Rien de tel n’avait jamais été vu avant.

Chaque tome de la Fabrica traite d’un système du corps (les os, les muscles, les organes internes, etc.). Le dernier, long de soixante pages, est consacré au cerveau. Il comprend onze dessins de crânes ouverts, qui semblent provenir d’au moins six individus37. Bien que les gravures semblent très réalistes, les représentations sont, comme dans le reste du livre, en vérité très sélectives, et proposent des illustrations de ce qui doit être vu38. Il n’en reste pas moins que la Fabrica est une immense étape en direction d’une véritable connaissance anatomique. Vésale écrit par exemple qu’il n’a pu observer le rete mirabile, ce réseau de vaisseaux sanguins qui pour Galien permettait aux esprits animaux de pénétrer dans le cerveau. Avec audace, et à juste titre, Vésale en concluait que Galien avait tort et que cette structure n’existait pas chez l’être humain39. Les étudiants, soutenait-il, devaient être particulièrement soigneux dans leurs dissections et, « à l’avenir avoir moins confiance dans les livres d’anatomie »40, transformant sa critique de Galien en un véritable plaidoyer pour une nouvelle manière d’étudier le corps.

Vésale n’hésitait pas à s’interroger sur la manière dont le corps, et en particulier le cerveau, fonctionne. Mais, là, son scalpel ne lui suffisait plus. Une dissection attentive du corps humain permettait de mettre à jour des structures mais, sauf dans des cas simples (les os, les tendons et les nerfs), ne donnait aucune information sur leur fonction. Ces difficultés d’interprétation étaient particulièrement évidentes dès qu’il s’agissait de comprendre le comportement humain, et en quoi il se distinguait de celui des animaux. Le problème, reconnaissait Vésale, était qu’il n’observait « pas la moindre différence entre la structure des cerveaux des moutons, des chèvres, des vaches, des chats, des singes, des chiens et des oiseaux et celle des êtres humains »41.

À part des dimensions proportionnellement à la taille plus élevées, Vésale était incapable d’identifier la moindre différente de structure entre le cerveau humain et celui des autres vertébrés. Si une chose était à l’origine des évidentes différences comportementales et psychologiques entre les animaux et nous, Vésale ne pouvait la voir. Même si ses dissections n’indiquaient aucune explication quant au fonctionnement du cerveau, elles suggéraient que la théorie ventriculaire de la psychologie, alors dominante, était sans doute fausse, les ventricules n’étant « rien d’autre que des cavités ou des passages ». Faute de meilleure explication, Vésale concluait qu’il « est impossible de se prononcer sur la localisation dans le cerveau de l’esprit humain. Il s’en prenait avec vigueur aux théologiens qui osaient le faire, décrivant leurs idées comme « de monstrueux mensonges. » Une assertion pour le moins osée.

Une dissection du cerveau humain par Vésale.

Tout le travail de Vésale reposait sur l’idée que le cerveau, et non le cœur, est à l’origine de la pensée et du mouvement. Ses arguments étaient en fait modestes, les seules preuves expérimentales remontant à Galien, mille deux cents ans plus tôt. Trois décennies après la mort de Vésale, André du Laurens, professeur à l’université de Montpellier et médecin de Henri IV, ne pouvait que faire sienne cette conviction.

« Je dis donc que le principal siège de l’âme est au cerveau pour que ses plus belles puissances y logent et les plus nobles effets y réussissent les plus. Tous les organes du mouvement, sentiment, imagination, mémoire se trouvent dans le cerveau ou en dépendent immédiatement. »42

Mais il évitait soigneusement de se prononcer sur la question des ventricules, qu’il jugeait « pour l’heure non résolue ».

L’ensemble de cette histoire montre qu’il n’y eut jamais de tournant cérébral durant lequel les savants auraient d’un coup compris le rôle essentiel du cerveau, et non du cœur. La complexité évidente du cerveau suggérait qu’il pouvait être le siège des pensées et des émotions, mais certains des plus brillants esprits du XVIe et du XVIIe siècles n’en étaient pas convaincus. Comme le résume magnifiquement Shakespeare dans une chanson du troisième acte du Marchand de Venise :

« Dis-moi où siège l’illusion

Est-ce dans le cœur, ou dans la tête ? »