Les cerveaux des différentes espèces animales ne se ressemblent pas : différences de taille, de structure, de forme, etc. Ces différences ne sont pas apparues du jour au lendemain, mais sont apparues suite au bricolage aléatoire des mutations génétiques et de la sélection naturelle. Dans ce chapitre, nous allons aussi voir comment le cerveau a évolué tout au long de l'évolution des espèces. La plupart des résultats que nous allons voir viennent de l'étude d'espèces vivantes, mais aussi d'études sur des fossiles.
L'étude des cerveaux d'espèces vivantes est assez facile : il suffit de faire un grand nombre d'autopsies et d'en déduire une taille moyenne pour le cerveau. Une autre méthode étudie les fossiles d'espèces éteintes et notamment la taille du crâne, celle-ci dépendant fortement de la taille du cerveau. Les scientifiques peuvent parfois avoir une idée de l'anatomie cérébrale d'espèces éteintes, grâce à la forme des crânes fossilisés. Mais celle-ci est limitée car les gyrus et scissures qui séparent les lobes du cortex ne laissent pas de trace dans les crânes fossilisés. Il arrive que certaines scissures laissent des traces sur le crane, mais cela ne vaut que pour les scissures les plus grosses, les plus marquées, et cela ne permet pas de voir grand chose. Globalement, cette méthode ne permet que de connaitre la taille du cerveau, éventuellement la taille de certains lobes cérébraux, mais pas plus.
La taille du cerveau et les rapports associés.
La taille du cerveau varie suivant l'espèce animale considérée : certaines espèces ont des cerveaux très petits, d'autres ont des cerveaux énormes, d'autres des cerveaux moyens, etc. Pour mettre quelques chiffres, sachez que l’éléphant a un cerveau qui pèse 5 kg, celui d'un humain pèse 1,4kg, et celui d'un chat à peine 30 grammes. Des différences se trouvent aussi à l'intérieur d'une même espèce. Par exemple, tous les hommes n'ont pas des cerveaux de même taille.
Le lien entre poids du corps et poids du cerveau.
Le premier facteur qui influence la taille du cerveau est assez simple : plus un animal est gros, plus son cerveau l'est aussi. Il y a donc une relation entre poids du cerveau et poids du corps. Mais la relation entre les deux n'est pas une simple proportionnalité : plus un animal est grand/gros, plus le ratio entre les deux diminue. Par exemple, le ratio est plus petit pour un éléphant que pour une souris : un éléphant a un cerveau assez petit par rapport à sa taille, l'inverse étant observé pour une souris.
La relation entre poids du cerveau et du corps semble suivre ce qu'on appelle une loi de puissance. Cette constatation peut se mettre en équation assez simplement, avec la formule suivante où :
Diverses forces se cachent derrière cette relation mathématique. La première est le cerveau a dû s'adapter à la taille de l'animal. Il faut dire que plus un animal est gros, plus il aura de muscle à bouger : cela demande plus de masse neuronale associée à la commande des muscles. Même chose pour la perception : ils ont une surface corporelle plus grande, ce qui signifie plus de cerveau dédié au toucher. La quantité de neurones utilisée uniquement pour la motricité et la perception est alors plus importante, ce qui implique un cerveau plus gros. En somme, la taille du cerveau doit d'adapter à la taille de l'animal, du moins les portions du cerveau liées à la motricité et à la perception.
La relation entre taille du cerveau et intelligence.
Avoir un gros cerveau a des avantages. Un gros cerveau signifie aussi plus de neurones dévolus aux tâches cognitives et donc une plus grande intelligence, dans une certaine mesure. La quantité de neurones dédiés à la cognition n'est pas mesurée par la taille du cerveau, qui ne prend pas en compte le poids du corps, et donc la quantité de cerveau utilisée pour la motricité et la perception. À titre d'exemple, on peut signaler qu'un éléphant a un cerveau bien plus gros qu'un humain, sans pour autant être plus intelligent. Pour éliminer ce biais, on doit utiliser le coefficient d'encéphalisation k : plus il est élevé, plus le cerveau aura de neurones utilisables pour des tâches non-motrices et non-sensorielles. Ce quotient est supposé marcher un peu mieux que la taille du cerveau pour comparer des espèces éloignées, mais marche nettement moins quand on compare des espèces assez proches. Prenons par exemple le cas des primates : ces espèces ont beau avoir des coefficients d'encéphalisation assez variés, la taille du cerveau a une meilleure corrélation avec l'intelligence que ne peut l'avoir le coefficient d'encéphalisation. Il faut noter que ces paramètres ont une relation indirecte avec l'intelligence. Rappelons que les aires associatives, liées à la cognition, sont localisées dans le cortex. L'intelligence dépend donc plus de l'aire de la surface corticale (son épaisseur est fixe) que du volume du cerveau ou du coefficient d'encéphalisation. Certes, il existe une relation entre volume du cerveau et surface corticale, mais celle-ci varie selon les espèces, avec une belle différence entre primates et autres espèces.
Par contre, la taille du cerveau est un indicateur d'intelligence pas trop mauvais à l'intérieur d'une espèce. Du moins, c'est le cas chez les humains, chez lesquels l'intelligence est assez bien corrélée à la masse du cerveau. Par exemple, les scores de QI sont en moyenne plus élevés chez ceux qui ont un gros cerveau. Rien d'extraordinaire, cependant : le coefficient de corrélation est compris entre 0.2 et 0.4 et semble assez proche de 2.5, ce qui reste une corrélation assez faible. Après, quelques biais viennent diminuer ou augmenter artificiellement cette corrélation. Par exemple, on sait que la taille du cerveau dépend de la taille : un homme de 1 m 75 aura un cerveau plus gros qu'un homme de 1m50, par exemple. Et d'ailleurs, il existe une certaine corrélation entre intelligence et taille chez l'humain. Petit bémol, cependant : cette corrélation ne vaut pas pour la différence de taille entre hommes et femmes. Si la taille des cerveaux masculins et féminins n'est pas la même, vu que les hommes étant plus grands, cela ne leur confère pas un avantage en termes de QI. Pour résumer, il est admis que la taille du cerveau et l'intelligence ont un lien, même s'il est très ténu et que ces corrélations sont modérées par divers facteurs comme le sexe.
Il semblerait que la corrélation entre intelligence et taille du cerveau soit similaire pour les autres espèces, mais les constatations sont nettement moins fiables. Il faut dire qu'étudier l'intelligence des animaux est difficile. Si faire passer des tests de QI à des groupes d'humain est simple et demande juste une bonne logistique, mesurer l'intelligence des animaux demande des protocoles expérimentaux nettement plus précis et complexes. Mais précisons que la relation entre taille du cerveau et intelligence est assez frustre pour une raison simple : seules certaines aires du cerveau sont impliquées dans les processus intellectuels. Ce qui compte, c'est que les aires du cerveau grossissent, pas le cerveau dans son ensemble. D'ailleurs, on verra dans la section suivante que le développement des aires frontales et temporales du cerveau humain est bien corrélé à l'amélioration des performances cognitives au cours de l'évolution humaine. On pourrait imaginer des situations où les aires motrices ou sensorielles régressent, au profit des aires cognitives. On observerait alors une augmentation de l'intelligence de l'espèce, sans pour autant avoir une augmentation de la taille du cerveau. Ainsi, les différences comportementales et cognitives inter ou intra-espèce dépendent bien plus de l'organisation du cerveau et de son anatomie interne, plus que de sa taille ou du coefficient d'encéphalisation. Ce que nous allons voir en détail dans le prochain chapitre.
L'évolution de la taille du cerveau.
Au cours de l'évolution des espèces, le cerveau des primates semble s'être complexifié et être devenu de plus en plus gros. Cette augmentation de la taille du cerveau est notamment visible chez les singes, ainsi que dans l'évolution humaine. Les anthropologues ont mis en évidence ce phénomène en étudiant les crânes des fossiles des singes pré-humains, ainsi que les fossiles des espèces Homo. De ces analyses, il ressort que l'évolution des primates s'est faite par un développement de plus en plus important du cerveau. Les premiers australopithèques avaient des cerveaux relativement petits, avec un volume proche de celui d'un chimpanzé. Les premiers homo habilis avaient un cerveau de 550–687 cm3. Le volume cérébral a alors augmenté progressivement, jusqu’à atteindre un maximum avec les néandertaliens et les Homo Sapiens : un homo sapiens normal a un cerveau de 1400 cm3.