Organisation fonctionnelle du cerveau : a-t-il encore du sens de continuer à parler des « aires cérébrales » dans les neurosciences actuelles ?

La doctorante Marta Arbizu Gómez explique pourquoi les neurosciences actuelles remettent en question les aires cérébrales et quel est le nouveau paradigme d’organisation fonctionnelle du cerveau. 

Résumé exécutif avec les points clés de cet article :

1. La fin du modèle classique : Un article récent de Nature Neuroscience remet en cause l’approche traditionnelle, proposant que l’organisation fonctionnelle du cerveau ne repose pas sur des aires anatomiques isolées, mais sur des réseaux dynamiques, continus et distribués.

2. Impact direct sur la neuroréhabilitation : Ce changement de paradigme transforme la pratique clinique, montrant que les déficits cognitifs s’entendent mieux comme perturbations de la connectivité du réseau et non comme de simples lésions focales.

3. Innovation clinique et connectivité : Des équipes de recherche de référence en Espagne, comme l’Instituto BioBizkaia, et des plateformes de stimulation comme NeuronUP, appliquent déjà ce modèle pour concevoir des interventions globales qui optimisent le fonctionnement cérébral au lieu d’essayer « d’activer » une aire spécifique.

Pourquoi supposons-nous l’existence d’aires dans l’organisation fonctionnelle du cerveau ?

Depuis les débuts des neurosciences modernes, une idée a guidé une grande partie de la recherche sur le cerveau : que le cortex est divisé en aires bien délimitées, chacune avec une fonction spécifique. Ainsi on parle de “l’aire du langage”, de “l’aire motrice” ou de “l’aire de la mémoire”, en supposant que comprendre le cerveau consiste, dans une large mesure, à localiser où se déroule chaque processus cognitif.

Cette approche connue sous le nom de paradigme de l’arealisation a été extrêmement influente et utile. Cependant, et si cette façon de penser simplifiait excessivement la réalité du fonctionnement cérébral ?

Cette approche connue sous le nom de paradigme de l’arealisation a été extrêmement influente et utile. Cependant, et si cette façon de penser simplifiait excessivement la réalité du fonctionnement cérébral ?

Pourquoi remet-on en question les aires cérébrales?: modèle classique et vision actuelle du cerveau

Les auteurs de l’article —Benjamin Y. Hayden, Sarah R. Heilbronner et Seng Bum Michael Yoo— ne nient pas qu’il existe des différences anatomiques dans le cortex cérébral. Ce qu’ils remettent en question est quelque chose de plus subtil mais fondamental : que les aires cérébrales soient le principe organisateur central de la fonction cognitive.

Selon les auteurs, l’importance historiquement accordée aux aires ne tient pas tant à une preuve empirique solide, mais à son confort conceptuel : les aires offrent une manière simple de répondre à des questions complexes sur le fonctionnement du cerveau.

En réalité, le débat n’est pas de savoir si des aires anatomiques existent, mais si elles doivent occuper le centre de notre explication sur la fonction cérébrale. Le contraste entre les deux approches peut se résumer ainsi :

Modèle classique du cerveau, une approche basée sur les aires	Vision actuelle du cerveau, une approche distribuée et dynamique
Chaque aire a une fonction spécifique	Les fonctions émergent de réseaux et de gradients
Frontières anatomiques nettes	Transitions continues et chevauchées
« Où cela se produit-il ? »	« Comment est-ce mis en œuvre ? »
Fonctions localisées	Codage distribué

À partir de cette nouvelle perspective, l’organisation cérébrale cesse d’être comprise comme une mosaïque de compartiments isolés et passe à une conception comme un système dynamique, interconnecté et multidimensionnel.

Anatomie et activité neuronale : des frontières anatomiques aux réseaux dynamiques

Que nous dit l’anatomie du cerveau ?

Un des arguments centraux de l’article est que l’anatomie ne soutient pas clairement l’existence d’aires fonctionnelles bien définies :

• Les différentes méthodes pour diviser le cerveau (cytoarchitecture, connectivité, récepteurs, transcriptomique) ne coïncident pas entre elles.
• Même des frontières considérées « classiques » changent selon le critère utilisé.
• Au lieu de limites nettes, apparaissent des gradients continus et des transitions douces qui traversent plusieurs aires.

Les atlas moléculaires et génétiques récents renforcent cette idée, montrant des regroupements de neurones qui ne respectent pas les frontières traditionnelles. En d’autres termes, le cerveau semble s’organiser selon plusieurs principes superposés, et non un seul.

Que nous dit l’activité neuronale du cerveau ?

Les progrès des techniques d’enregistrement neuronal massif (comme Neuropixels ou l’imagerie à deux photons) ont permis d’observer l’activité de centaines de milliers de neurones simultanément. Les résultats sont surprenants :

• Des fonctions telles que la prise de décision, la mémoire, le mouvement ou la valeur apparaissent réparties dans tout le cerveau.
• De grandes études montrent que les mêmes variables cognitives sont codées dans des régions très diverses, sans respecter les frontières anatomiques classiques.
• Beaucoup de différences attribuées aux « aires » peuvent s’expliquer tout aussi bien par des gradients, la connectivité ou des biais d’échantillonnage.

Cela ne signifie pas que « tout est partout », mais que la organisation fonctionnelle ne coïncide pas nécessairement avec les aires anatomiques.

Comment la fonction cérébrale s’organise-t-elle réellement ?

L’article propose une approche plus flexible et plurielle. Plutôt que de chercher les fonctions dans des aires concrètes, il suggère de prêter attention à d’autres principes d’organisation, tels que :

• Réseaux distribués (par exemple, le langage ou la reconnaissance des visages).
• Gradients fonctionnels à grande échelle.
• Schémas de connectivité.
• Dynamiques de population, où l’information est représentée dans des sous-espaces de haute dimensionnalité.

Dans cette perspective, la question clé cesse d’être « où se produit une fonction ? » pour devenir « comment est-elle mise en œuvre ? ».

Le piège de la fonction unique et son impact clinique

Les auteurs mettent en garde contre une erreur conceptuelle fréquente : la fausse idée de la fonction unique. Supposer que, si une aire existe, elle doit avoir une fonction exclusive et particulièrement importante peut conduire à :

• Chercher des différences fonctionnelles qui peut-être n’existent pas.
• Ignorer des fonctions partagées et distribuées, qui peuvent être les plus importantes.
• Limiter le développement de nouveaux modèles explicatifs mieux adaptés aux données actuelles.

Adopter une vision moins centrée sur les aires permet de formuler des théories plus riches sur la façon dont le cerveau intègre, sépare et transforme l’information.

Implications de ce changement conceptuel du cerveau pour les neurosciences appliquées et cliniques

Ce changement conceptuel n’est pas seulement théorique. Il a des implications directes pour :

• L’interprétation des études d’imagerie cérébrale et de neurophysiologie.
• La conception de tâches cognitives et de paradigmes expérimentaux.
• La compréhension des troubles neurologiques et neurodégénératifs, où les altérations sont souvent distribuées, non focales.

Comprendre le cerveau comme un système dynamique et distribué aide à expliquer pourquoi de nombreux déficits cognitifs ne s’accordent pas bien avec des lésions ou altérations « localisées ».

Quels autres groupes travaillent sur la connectivité cérébrale ?

L’idée que le cerveau fonctionne comme un système de réseaux n’est pas nouvelle, mais au cours des quinze dernières années elle a acquis un soutien empirique de plus en plus solide. Divers groupes internationaux ont impulsé ce changement de paradigme, en s’appuyant sur de grandes bases de données et sur le développement de méthodes avancées d’analyse.

Le Human Connectome Project a été l’un des grands moteurs de l’étude systématique de la connectivité structurelle et fonctionnelle à grande échelle. À partir d’images par résonance magnétique de haute résolution (diffusion et fMRI), ce projet a permis de caractériser le cerveau comme un graphe complexe, où les régions sont comprises comme des nœuds interconnectés par des réseaux dynamiques. Son impact a été décisif pour déplacer le foyer des « zones isolées » vers des schémas de connectivité et des architectures distribuées.

Des recherches au Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences ont été essentielles dans l’étude des gradients fonctionnels à grande échelle, montrant que l’organisation cérébrale ne répond pas toujours à des frontières discrètes, mais à des transitions continues qui traversent de multiples régions. Ces travaux ont renforcé l’idée que la fonction émerge d’axes organisationnels distribués, plutôt que de compartiments fermés.

Du point de vue moléculaire, l’Allen Institute a montré que les schémas transcriptomiques et cellulaires ne respectent pas non plus de manière stricte les frontières classiques des aires corticales. L’organisation génétique et cellulaire apparaît comme une mosaïque complexe, avec des chevauchements et des gradients qui remettent en question l’idée de compartiments fonctionnels rigides.

L’approche de l’Instituto BioBizkaia sur l’organisation fonctionnelle du cerveau

Dans cette lignée, le groupe dirigé par Jesús M. Cortés, directeur de recherche chez NeuronUP et professeur Ikerbasque au Laboratoire de Neuroimagerie Computationnelle de l’Instituto BioBizkaia, développe depuis des années des modèles basés sur la connectivité structurelle et fonctionnelle. Son paradigme central est clair :

• Les fonctions cognitives sont représentées dans des réseaux distribués, et non dans des zones isolées.
• Les altérations neurologiques n’affectent pas simplement « une région », mais des schémas spécifiques de déconnectivité au sein de réseaux cérébraux concrets.

Depuis cette perspective, différentes affections comme l’AVC, l’épilepsie ou les maladies neurodégénératives ne sont pas comprises comme des lésions focales avec des effets locaux, mais comme des perturbations des architectures de réseau, chacune avec une signature connectomique particulière.

Cette approche permet :

• Caractériser des profils individualisés de déconnectivité.
• Relier les altérations structurelles à des changements fonctionnels dynamiques.
• Concevoir des interventions de réhabilitation mieux adaptées au schéma de réseau affecté.

Ainsi, la recherche sur la connectivité cérébrale non seulement renforce la critique du paradigme strictement aéal, mais offre un cadre opérationnel pour comprendre à la fois le cerveau sain et le cerveau pathologique.

Comment cette vision du cerveau s’intègre-t-elle avec NeuronUP ?

Chez NeuronUP nous travaillons avec une conception fonctionnelle du cerveau basée sur la plasticité, l’interconnexion et la distribution des fonctions. Cet article renforce cette vision en montrant que :

• Les fonctions cognitives n’appartiennent pas à un unique « endroit », mais à des réseaux et des dynamiques partagés.
• La rééducation cognitive peut bénéficier d’approches globales, qui entraînent les fonctions de manière transversale.
• Les outils numériques permettent de travailler sur ces systèmes distribués, favorisant l’adaptation et la réorganisation fonctionnelle.

De cette perspective, la réhabilitation ne cherche pas « à activer une zone », mais à optimiser les schémas de fonctionnement cérébral.

Conclusion

L’article de Nature Neuroscience invite à repenser l’un des postulats les plus enracinés des neurosciences : que comprendre le cerveau consiste à localiser des fonctions dans des zones concrètes. Les preuves actuelles indiquent une organisation beaucoup plus complexe, flexible et distribuée. Accepter cette complexité n’affaiblit pas les neurosciences ; au contraire, cela ouvre la porte à des modèles plus réalistes et à des interventions plus efficaces. 

Dans cette voie, la combinaison de la recherche fondamentale, de l’analyse de données à grande échelle et des outils d’intervention comme NeuronUP est essentielle pour progresser vers une compréhension plus complète du cerveau humain.

Bibliographie

• Hayden BY, Heilbronner SR, Yoo SBM. Rethinking the centrality of brain areas in understanding functional organization. Nature Neuroscience. 2026;29:267–278. doi:10.1038/s41593-025-02166-z.

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