Épreuve de contrôle - L2C2 - CNRS

Neurosciences cognitives et évolution
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Allométrie et coefficient d’encéphalisation
D’une manière générale, l’anatomie comparée montre que la taille du cerveau
augmente avec la taille du reste de l’organisme (Jerison, 1955). L’origine de
cette augmentation de la taille du cerveau en relation avec celle du reste de
l’organisme tient, en partie, à des contraintes liées à la transmission des influx
nerveux. Pour un gros animal, les distances à parcourir sont plus grandes. Or,
les influx électriques se propagent plus rapidement dans les fibres nerveuses
de plus gros diamètre et lorsque celles-ci sont enveloppées d’une gaine isolante
(la myéline) plus épaisse. De fait, on observe au travers des espèces que plus
le volume cérébral augmente et plus la proportion de fibres nerveuses dans ce
volume est importante. Les fibres nerveuses qui forment la substance blanche
représentent 10 % du volume de l’encéphale chez un écureuil mais 40 % chez
l’homme (Roth & Dicke, 2005). Outre ces contraintes biophysiques relatives à la
vitesse de conduction, on peut aussi invoquer des contraintes liées à la quantité
d’information traitée par le système nerveux central. En effet, le nombre de
cellules nerveuses augmente aussi avec le volume du cerveau, ce qui pourrait
être lié au fait que les animaux de grande taille ont plus de muscles distincts
et plus de récepteurs sensoriels (à la surface de l’épiderme par exemple) mais,
même en tenant compte de cela, des différences importantes dans le volume
cérébral subsistent (Martin, 1981).
Afin de tenir compte des facteurs liés à l’anatomie, on exprime donc souvent
le volume cérébral par rapport au volume du reste du corps. On observe alors
une relation non-linéaire dite allométrique, entre ces deux dimensions : les gros
animaux ont certes un plus gros cerveau, mais leur cerveau est proportionnellement
moins volumineux que celui d’animaux plus petits et ce, indépendamment
des capacités cognitives de l’animal. Pour tenir compte de cela, les anatomistes
ont proposé de calculer un coefficient d’encéphalisation (ou quotient d’encéphalisation,
EQ) qui correspond à l’écart observé entre le volume du cerveau mesuré
dans une espèce donnée et le volume du cerveau prédit pour un animal de
taille équivalente (sur la base de ce qu’on peut observer dans les autres espèces)
(Jerison, 1955). Pour cela, on doit d’abord déterminer la relation mathématique
qui lie la taille du cerveau à celle du reste du corps pour un ensemble
d’espèces animales qui vont servir de référence. Pour tenir compte des effets
non-linéaires mentionnés précédemment, on utilise une équation exponentielle
du type : m= a×M b où m est la masse du cerveau en grammes et M, la masse
totale du corps. Si on considère le taxon des mammifères comme référence,
on aboutit aux paramètres suivants : m= 0.12×M 0.67 (Jerison, 1961). Dans une
série d’études, Finlay et Darlington (1995, 2001) ont pu montrer qu’une loi de
ce type était relativement apte à prédire le volume global du cerveau dans
de multiples espèces de mammifères. Il ne faudrait pourtant pas en conclure
que les différences de taille corporelle suffisent à expliquer l’évolution de
l’encéphalisation, depuis les mammifères primitifs jusqu’aux hominidés. En
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