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Le cerveau d'un homme se développe-t-il et fonctionne-t-il de la même manière que celui d'une femme ? Des recherches récentes suggèrent que ce n'est vraisemblablement pas le cas. D'une part, l'expression de gènes présents sur les chromosomes sexuels peut varier en fonction du sexe dans le cerveau comme dans tous les tissus. D'autre part, des hormones sexuelles comme les strogènes jouent un rôle trophique important pour le développement des circuits synaptiques et influencent diverses fonctions neuronales. Conjugués, ces deux mécanismes pourraient avoir permis de privilégier au cours des générations des modes de fonctionnement, des sensibilités ou des comportements différents selon le sexe.
A l'heure de revendications affirmées et justifiées en faveur d'une égalité entre les sexes, l'analyse comparative du développement et fonctionnement de notre cerveau laisse toujours plus entrevoir des différences non négligeables. Les recherches récentes en neurobiologie ont mis en évidence plusieurs types de mécanismes biologiques qui affectent de manière différenciée les neurones de notre cerveau selon que l'on soit du sexe féminin ou masculin.
D'une manière générale, les différences qui surviennent entre les sexes durant le développement sont le résultat de l'expression de gènes situés sur les chromosomes sexuels. Ces gènes affectent vraisemblablement l'organisation et la fonction des organes et notamment du cerveau de deux manières principales : ils déterminent la formation des gonades qui à travers la sécrétion d'hormones sexuelles induisent des différences liées au sexe ; mais en plus de cela, l'expression même des gènes liés aux chromosomes XX ou YX peuvent avoir des effets subtils sur la différenciation ou la fonction des neurones. Quelques exemples de ces différents mécanismes sont décrits ci-dessous.
Une caractéristique importante qui distingue les deux chromosomes sexuels X et Y est qu'ils divergent considérablement aussi bien par leur taille que par leur contenu en gènes. Le chromosome Y humain, par exemple, ne représente qu'un tiers de la taille du chromosome X. Il ne code que pour 27 protéines alors que le chromosome X, lui, détermine la séquence d'environ 1500 protéines. Pour l'ensemble de nos autres chromosomes, des mécanismes de recombinaison entre les deux chromosomes homologues hérités du père et de la mère assurent une homologie du contenu en gènes, alors que ceci n'est pas le cas pour les chromosomes sexuels. Ces deux chromosomes ont connu une évolution séparée au cours des générations qui probablement leur confère des fonctions particulières et différentes selon le sexe. Il est ainsi très significatif qu'une proportion importante de gènes impliqués dans le développement du cerveau et des fonctions cognitives se retrouve effectivement sur le chromosome X.
Au cours des dernières années, de très nombreuses mutations affectant des gènes localisés sur le chromosome X ont été reconnues responsables de formes de retard mental. Une hypothèse envisagée est que des différences génétiques pourraient être conférées aux cellules d'un même organe, comme le cerveau par exemple, selon qu'elles expriment les chromosomes XX ou XY et plusieurs mécanismes moléculaires pourraient en expliquer l'origine.
Une des conséquences directes des différences existant entre chromosomes X et Y est que les cellules possédant deux chromosomes X, non seulement n'expriment pas les gènes situés sur le chromosome Y, mais pourraient aussi exprimer les gènes codés par le chromosome X à des niveaux plus élevés. Des mécanismes de compensation ont été développés afin de limiter ces effets et l'un des principaux mécanismes consiste en l'inactivation de l'un des deux chromosomes X. Cependant le choix du chromosome X à inactiver est variable d'une cellule à l'autre, ce qui signifie que chaque organe féminin est constitué d'une mosaïque de cellules exprimant pour une moitié d'entre elles le chromosome X d'origine paternelle et pour l'autre le chromosome X maternel. Les mêmes gènes existent sur les deux chromosomes X, mais très souvent sous des formes alléliques différentes.
Des organes, comme le cerveau, seront donc constitués chez la femme par une mosaïque de cellules exprimant l'une ou l'autre allèle d'un même gène, alors que chez l'homme, toutes les cellules exprimeront le même allèle. Il en résulte un effet de moyennage et de compensation plus grand chez la femme que chez l'homme, associé à une plus faible variance des phénotypes. Ce genre de mécanisme pourrait expliquer par exemple que les aptitudes à des tests de fonctions mentales se soient révélées beaucoup plus variables chez l'homme que chez la femme. Ces différences génétiques pourraient ainsi favoriser des phénotypes plus extrêmes chez l'homme et notamment une susceptibilité plus grande à des troubles cognitifs ou au retard mental.
Une autre conséquence de la différence entre chromosomes X et Y est la survenue possible d'effets de dosage dans l'expression d'un gène. Le mécanisme d'inactivation mentionné ci-dessus n'est en effet pas absolu. Ce mécanisme varie en fonction du tissu, de l'organe ou du développement. Certains gènes échappent même à cette inactivation. Il en résulte donc que des cellules XX et XY exprimeront effectivement des niveaux différents de certains gènes. Etant donné l'importance des gènes de développement cérébral situés sur le chromosome X, des conséquences sur le développement ou la différenciation des cellules nerveuses sont parfaitement concevables.
Dans des expériences où des cellules embryonnaires du mésencéphale de rat ont été mises en culture, il a été observé que la proportion de cellules dopaminergiques était plus grande dans les cultures XX que XY. Les cellules dopaminergiques de notre cerveau jouent un rôle important dans certains aspects du contrôle émotionnel. L'effet dans ce cas ne peut être attribué à une influence hormonale, dans la mesure où le prélèvement des cellules embryonnaires a été effectué avant la différenciation des gonades et donc toute possibilité d'influence par des hormones. Ces expériences suggèrent donc très fortement que les chromosomes X et Y, par des effets subtils de dosages et de mosaïcisme de gènes, pourraient directement influencer le développement du cerveau et pourquoi pas de cette manière favoriser l'émergence de comportements ou capacités ayant été sélectionnés au cours des générations parce que plus propices pour l'un ou l'autre sexe. Ces découvertes récentes favorisent en tout cas l'interprétation selon laquelle les chromosomes sexuels pourraient jouer un rôle différencié sur le développement du cerveau de l'homme et de la femme.
Une deuxième source majeure de différences liées au sexe provient bien entendu de l'influence des chromosomes sexuels sur le développement des gonades et la synthèse et libération par celles-ci des hormones sexuelles. Or, des recherches récentes ont démontré que le cerveau est particulièrement sensible à l'action des hormones sexuelles. C'est le cas notamment de structures comme l'hypothalamus impliqué dans la différenciation sexuelle et les régulations végétatives et neuro-endocrines. Les hormones sexuelles y produisent des effets marqués à travers notamment des mécanismes de régulation d'expression génique et des modifications du développement des circuits neuronaux, affectant ainsi les comportements sexuels.
Mais les hormones sexuelles jouent probablement un rôle régulateur bien plus vaste pour de nombreuses autres fonctions cérébrales. C'est particulièrement le cas des strogènes qui ont été récemment l'objet de beaucoup d'attention. Les strogènes ne sont pas seulement synthétisés par les ovaires, mais aussi par de nombreux tissus dont le cerveau humain. Chez l'homme comme chez la femme, des strogènes sont produits par conversion d'androgènes en 17b-estradiol via une aromatase largement distribuée dans le tissu cérébral. Ces strogènes, avec ceux libérés par les ovaires, jouent vraisemblablement un rôle plus important qu'imaginé précédemment dans de nombreux aspects du fonctionnement du système nerveux central. D'une manière générale, ils agissent via deux récepteurs différents, récemment clonés, et localisés aussi bien dans les neurones que les cellules gliales. Ces récepteurs ont des distributions particulières dans certaines régions du cerveau et vraisemblablement des rôles spécifiques.
L'action de ces récepteurs semble être multiple : d'une manière générale ils régulent la transcription de gènes, mais des résultats récents suggèrent qu'ils sont aussi capables d'activer des voies de signalisation intracellulaire et générer des effets rapides, un peu comme des neuromodulateurs. Ils régulent ou modulent de cette manière de nombreuses fonctions cellulaires. Par exemple, les strogènes favorisent la croissance et la différenciation des axones et des dendrites pendant le développement. Ils induisent la formation de contacts synaptiques et agissent comme des facteurs trophiques. Cet effet est particulièrement marqué dans une structure comme l'hippocampe, qui joue un rôle dans les mécanismes d'apprentissage et de mémoire. On a en effet pu observer des variations de l'ordre de 10-20% du nombre de synapses par cellule nerveuse dans l'hippocampe au cours du cycle menstruel en relation avec les variations des taux d'strogènes. Ces hormones en plus facilitent des mécanismes de neurotransmission, ils potentialisent l'activité des récepteurs NMDA et stimulent la plasticité synaptique, trois mécanismes qui jouent un rôle primordial pour des fonctions d'apprentissage et de mémorisation.
Finalement, les strogènes affectent de manière significative la fonction des neurones cholinergiques de la base du cerveau, notamment en modulant l'activité de l'enzyme de synthèse de l'acétylcholine. Ces systèmes cholinergiques se projettent dans l'hippocampe et le cortex où ils jouent également un rôle majeur pour les fonctions cognitives. Tous ces résultats mettent donc clairement en évidence une multiplicité d'effets cellulaires des strogènes par lesquels ils sont directement impliqués dans des fonctions cognitives.
Il n'est donc pas surprenant que chez la femme, la réduction des taux hormonaux associée à la ménopause et notamment des strogènes ait été impliquée comme l'un des facteurs possibles favorisant la survenue de la maladie d'Alzheimer. Diverses études ont montré que le traitement par substitution d'strogènes chez la femme ménopausée exerce une influence bénéfique sur la prévention des troubles cognitifs et semble réduire les risques de développer la maladie d'Alzheimer. D'une manière plus générale, les strogènes, mais aussi la progestérone, apparaissent jouer un rôle neuroprotecteur dans diverses conditions. Ils diminuent les conséquences d'une atteinte cérébrale en favorisant les mécanismes anti-oxydants, en réduisant l'excitotoxicité et en exerçant une action trophique.
Cependant, si ces effets sont apparus clairement dans des expériences in vitro, le rôle et l'efficacité d'un traitement substitutif chez la femme ou même chez l'homme, restent controversés. Ils ressort néanmoins de tous ces résultats que les strogènes sont plus qu'une simple hormone sexuelle. Ils régulent de nombreux mécanismes physiologiques et de par leur action trophique influencent considérablement l'organisation et vraisemblablement la fonction de circuits neuronaux. Il paraît donc tout à fait raisonnable d'imaginer qu'ils participent à favoriser un développement différencié du cerveau chez l'homme et chez la femme.
Le développement récent des techniques d'imagerie cérébrale permettant une résolution spatiale et temporelle toujours plus précise de l'activité des réseaux corticaux a ouvert la porte à des analyses fonctionnelles comparatives entre cerveau masculin et féminin. Un des domaines dans lequel des différences sont apparues clairement concerne la neurobiologie du traitement des émotions. Même si les réponses individuelles sont très variables, il devient possible d'étudier la réactivité émotionnelle en mettant en relation l'activation de certaines structures cérébrales avec des traits de personnalité ou des dispositions affectives. Plusieurs études réalisées dans ce sens ont conclu à l'existence de différences entre sexes dans le traitement des informations émotionnelles.
Il a par exemple été décrit que la présentation de visages exprimant des émotions et la peur entraîne des activations de l'amygdale et des régions préfrontales chez la femme, mais pas de la même manière chez l'homme, avec en général une activation plus importante chez l'homme. De la même manière la présentation d'images érotiques semble déclencher des activations plus marquées de l'amygdale et de l'hypothalamus chez l'homme que chez la femme. Même s'il ne s'agit là encore que d'études préliminaires et que les différences apparaissent relativement subtiles, ces exemples amènent de plus en plus d'évidence en faveur de l'existence de différences non seulement physiologiques, mais également fonctionnelles entre le cerveau de l'homme et de la femme.
Les récents progrès de la neurobiologie ont mis en évidence différents mécanismes liés à l'expression de gènes situés sur les chromosomes sexuels et les rôles régulateur et trophique importants des hormones sexuelles qui entraînent vraisemblablement un développement différencié de certains circuits neuronaux chez l'homme et chez la femme. Ces résultats sont corroborés par les premières analyses fonctionnelles qui suggèrent un traitement différent des stimuli émotionnels en fonction du sexe. Le cerveau masculin n'est donc vraisemblablement pas l'équivalent exact du cerveau féminin, et c'est là une donnée de notre évolution au cours des générations qui doit certainement être conçue comme une source d'enrichissement pour l'espèce humaine.