La guerre des neurones (#sdc18)

Cette semaine, c’est la Semaine du Cerveau, avec pour l’occasion tout plein de billets et de vidéos sur le Café des Sciences ! Et pour nous le prétexte à une chasse aux neurones: une longue aventure collective et cosmopolite, quelques rancœurs personnelles, une grande controverse théorique tranchée par d’astucieuses bidouilles de laboratoire… que demander de plus !

La trancheuse à jambon

Une révolution conceptuelle, ça commence souvent avec un progrès technique, voire avec un simple outil. Au XVIIe siècle, les tout premiers microscopes avaient permis à Hooke et van Leeuwenhoek d’observer des petites « boîtes » bien rangées, que le premier avait baptisé des « cellules ». Mais ils ont surtout regardé des végétaux, ou des organismes unicellulaires dans l’eau. Les tissus animaux, c’est plus compliqué… déjà, parce que c’est mou. Résultat: au début du XIXe siècle on n’est toujours pas bien sûrs qu’ils soient eux aussi entièrement constitués de cellules. Alors au lieu de couper les tissus vivants à la main, l’anatomiste tchèque Johann Evangelist Purkinje[1]  a la bonne idée de développer un microtome: un outil capable de découper des tranches très très fines (quelques microns), qu’il peut ensuite regarder au microscope.

Des tissus animaux, Purkinje en identifie plusieurs types: le fluide, le fibreux et le granuleux (qui serait pour lui l’analogue des cellules végétales). Parmi ces tissus « granuleux », il voit dans le cervelet ce qui ressemblerait à de grosses cellules (qui portent désormais son nom). Un tout petit peu plus tard, l’Allemand Theodor Schwann, à Berlin, va lui aussi observer un nouveau type de cellules nerveuses. Et il ose aller plus loin: il postule que les cellules sont les « briques » de base de tous les organismes, animaux ou végétaux. Nous sommes en 1840; la théorie cellulaire va désormais pouvoir faire florès.

Cellules contre réseau

Sauf que… sauf que 30 ans plus tard, un autre anatomiste allemand, Joseph von Gerlach, propose autre chose. Lui aussi a observé les tissus nerveux:  il lui semble que toute la matière grise[2] est faite d’un unique réseau diffus de fibres interconnectées, comme si les cellules avaient fusionné entre elles. Gerlach est assez célèbre, et peut-être son idée résonne-t-elle avec le développement contemporain des réseaux électriques: toujours est-il que la « théorie réticulaire » va rencontrer un certain succès pendant plus de 20 ans. Comment résoudre la controverse ? Le problème, c’est qu’avec les instruments de l’époque, on ne voit toujours pas très bien les détails. Et dans une discipline largement dominée par l’école allemande, c’est de deux outsiders que va venir la solution.

En 1873 Camillo Golgi, médecin à Pavie, a une trentaine d’années quand il se met à étudier les tissus cérébraux.  Et comme Purkinje, son ingéniosité pratique va faire mouche. Il commence par traiter ses petits bouts de cerveau au dichromate de potassium, histoire de les faire durcir: c’est plus facile à découper. Puis, un peu par hasard, il trempe son carpaccio dans une solution de nitrate d’argent.

Les grands arbres argentés

Le nitrate d’argent, c’est un peu comme le chlorure d’argent utilisé dans le dernier gadget à la mode que sont les plaques photographiques: ça noircit à la lumière. Et là, il se passe quelque chose d’étrange: dans le tissu nerveux imbibé d’argent, seules certaines cellules se retrouvent noircies… mais celles qui le sont le sont intégralement. Très pratique… et pourtant la trouvaille de Golgi, qui finira par révolutionner l’étude des tissus, ne rencontre sur le moment qu’un accueil mitigé. Et il y a encore plus étrange: en dépit du pas décisif qu’il devrait être en mesure de franchir… Golgi va rester un fervent partisan de la théorie réticulaire !

Du coup, c’est un autre qui va le mieux profiter de la teinture d’argent: l’Espagnol Santiago Ramón y Cajal. En 1888, dès qu’il a vent de la technique de coloration à l’argent, Cajal s’empresse de l’utiliser: « je me dévouais au travail, non plus seulement avec sérieux, mais avec furie. Les idées bouillonnaient et se bousculaient dans mon esprit. Une fièvre de publication me dévorait. » Il travaille sur les cerveaux de jeunes animaux, améliore la technique de Golgi, et obtient des images d’une qualité inédite. Cette fois c’est bon: Cajal parvient à isoler des cellules nerveuses individuelles. Et il dessine soigneusement les innombrables ramifications qui émergent de leur « corps ».

Avec les magnifiques arborescences tracées par Cajal, de plus en plus de scientifiques soutiennent la théorie cellulaire: les Suisses His et Forel, le Suédois Retzius et, plus innattendu, l’explorateur norvégien Nansen. En 1891, l’influent Wilhelm Waldeyer, qui a appris l’espagnol pour pouvoir lire les travaux de Cajal, publie (en allemand) une revue de toutes les dernières avancées. Et il clôt le débat en donnant un nom à ces cellules nerveuses individuelles, « anatomiquement et génétiquement indépendantes les unes des autres »: ce seront des neurones.  Chaque neurone a un gros corps cellulaire (soma) d’où émergent d’un côté une longue fibre nerveuse unique (l’axone) et de l’autre des centaines, des milliers de petites dentrites très ramifiées, qui établissent des connexions avec les autres neurones[3]. Des connexions discontinues: il y a bien un réseau, mais il est constitué d’entités propres, comme les autres tissus. La théorie cellulaire a gagné, toute la communauté scientifique en est bien convaincue.

Le lauréat malgré lui

Toute ? Non ! En 1906 —20 ans après les travaux de Cajal— le prix Nobel de physiologie/médecine est attribué conjointement à Cajal et Golgi, qui ont enfin l’occasion de se rencontrer à Stockholm. Mais ça ne se passe pas vraiment comme prévu… À la surprise générale, Golgi ne se félicite pas d’avoir contribué à la résolution d’une vieille controverse: alors que la bataille est depuis longtemps terminée, il consacre son discours de réception à une défense désormais désespérée de sa théorie réticulaire ! Comme l’aurait dit Max Planck (qui au même moment était,  vis-à-vis des quanta, dans la même situation que Golgi): une nouvelle théorie ne s’impose pas en convainquant ses opposants, mais lorsque tous ceux-ci sont morts.


Aller plus loin

  • Il peut paraître curieux qu’il se soit écoulé 3 siècles entre la première observation des cellules végétales par Robert Hooke et l’affirmation définitive de l’existence des cellules nerveuses. Mais une petite anecdote sur Purkinje est assez révélatrice: une fois embauché comme professeur de physiologie à Breslau, il va lui falloir 10 ans avant de décrocher une bourse pour s’acheter… un microscope ! Comme quoi les difficultés des chercheurs dans leur quête de financements ne datent pas d’hier.
  • Vous avez l’impression d’avoir entendu parler de tous les savants cités ici, mais en dehors de la neurologie ? C’est normal. Purkinje a aussi étudié les empreintes digitales et découvert les glandes sudoripares. Waldeyer a aussi inventé le mot « chromosome ». Un composant important du fonctionnement de la cellule, « l’appareil de Golgi », porte le nom du médecin italien. Et sa technique de coloration à l’argent est toujours très utilisée pour mettre en évidence des bactéries, des champignons, des chromosomes…
  • L’essentiel du billet est basé sur cet article de G. Grant [en anglais]. On trouvera des développements beaucoup plus longs (mais aussi plus ardus) dans « La naissance du neurone », de J.-G. Barbara (eds. J. Vrin). Pour des développements plus récents, l’émission La méthode scientifique (France Culture) consacrée aux cellules gliales, celles qu’avait observées Theodor Schwann.
  • On trouve ici de magnifiques illustrations de neurones… réalisées par Golgi, qui n’y aura donc jamais vu des cellules individuelles.
  • Le discours de Golgi à Stockholm, tellement inattendu, fit grande impression, mais dans le mauvais sens. Voici ce qu’en dira plus tard Cajal (qui ne fit son discours que le lendemain de Golgi):
    Malheureusement, Golgi défendit ses élucubrations extravagantes avec tellement d’orgueil et de vantardise que cela produisit un effet déplorable sur l’assistance. Il ne fit pas la moindre allusion aux innombrables études neurologiques qui avaient été faites en Italie comme ailleurs. Ni lui ni son compatriote Lugano n’avait rien ajouté d’intéressant à son ancienne découverte [30 ans plus tôt]. De même, il ne jugea pas utile de corriger ses anciennes erreurs théoriques ou les défauts de ses observations.Le noble et discret Retzius était consterné; Holmgren, Henschen et tous les neurologues et histologues suédois regardaient l’orateur avec stupéfaction. Je tremblais d’impatience en constatant que le respect des conventions m’interdisait d’offrir un correctif approprié à tant d’erreurs détestables et d’omissions délibérées.(Double traduction approximative de Cajal, depuis la version anglaise de son texte produite ici… sachant que Golgi fit son discours en français. Vive la tour de Babel !)

[1] C’est la version germanisée de son nom d’origine Jan Evangelista Purkyně: ancien élève de Goethe, il est professeur à l’université de Breslau, en Silésie prussienne (aujourd’hui Wroclaw en Pologne).
[2] Dans le cerveau, c’est la partie externe; la partie interne étant nommée la « substance blanche ».
[3] Via ce que le Britannique Charles Sherrington appellera (encore 30 ans plus tard) des synapses.

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