"L'un des grands mystères non résolus de la science" : ce que l'anesthésie générale révèle sur notre cerveau

Le mécanisme d'action des anesthésiques généraux reste encore mal compris, mais ces substances fournissent des indices précieux sur la nature de la conscience.

En 1797, l'amiral britannique Horatio Nelson a dû subir l'amputation de son bras droit. L'opération lui a sauvé la vie. Pourtant, selon la légende, le seul anesthésique qu'on lui a proposé fut une gorgée de rhum.

Durant la majeure partie de l'histoire de l'humanité, même les amputations étaient pratiquées sur des patients parfaitement conscients. L'introduction des anesthésiques généraux en 1846 a tout changé. Il devenait alors possible de suspendre temporairement la conscience, n'importe où et chez n'importe qui. Nelson aurait pu subir cette amputation tout en étant présent au petit-déjeuner le lendemain.

Aujourd'hui, plus de 350 millions d'interventions chirurgicales sont réalisées chaque année sous anesthésie générale. Pourtant, la manière dont ces médicaments mystérieux nous plongent dans le sommeil demeure encore floue.

De nouveaux indices permettent désormais aux scientifiques de mieux comprendre le fonctionnement fondamental de notre cerveau, voire d'entrevoir les origines mêmes de la conscience.

Un sommeil universel

Il existe plusieurs catégories d'anesthésiques. Certains agissent en bloquant directement la douleur, tandis que d'autres provoquent somnolence et relaxation. Les anesthésiques généraux vont plus loin : ils vous plongent dans un état d'inconscience, de sorte que vous n'avez absolument aucune conscience de ce qui se passe.

Il existe une vaste gamme d'anesthésiques capables d'induire un état d'inconscience. Ces substances vont de gaz apparemment inertes comme le xénon — rarement utilisé en pratique — au propofol, l'anesthésique général le plus couramment employé.

Les anesthésiques généraux peuvent présenter des structures chimiques très variées. Dans tous les cas, leur effet global consiste à perturber la communication entre les neurones du cerveau, les empêchant ainsi d'échanger des signaux. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) révèle clairement une réduction globale de l'activité cérébrale.

Toutefois, le mécanisme précis par lequel ce phénomène conduit à l'endormissement du patient reste encore mal compris.

En effet, on ignore encore si l'état d'inconscience induit par les anesthésiques nécessite une mise à l'arrêt complète du cerveau, ou si certaines régions cérébrales jouent un rôle plus déterminant que d'autres.

"Même si le cerveau tout entier cesse de fonctionner, son extrême interconnectivité rend très difficile l'identification précise de l'élément déclencheur de cet arrêt général", explique Nick Franks, professeur de biophysique et d'anesthésiologie à l'Imperial College de Londres (Royaume-Uni). "L'imagerie cérébrale révèle clairement que certaines régions plus sensibles s'éteignent en premier, ce qui soulève la question de savoir si elles déclenchent ensuite l'arrêt global du système."

Nick Franks attire l'attention sur le thalamus, une structure en forme d'œuf située au cœur du cerveau et agissant comme un carrefour central entre les différentes régions cérébrales. Cette zone semble être la première à se désactiver lors de l'administration d'une anesthésie générale. Le thalamus joue, entre autres, un rôle crucial dans l'initiation et le maintien du sommeil. Les anesthésiques agiraient-ils donc en "détournant" les circuits naturels du sommeil ?

"Si l'on anesthésie un animal et que l'on stimule ensuite une zone très précise du thalamus, on peut le réveiller", précise Nick Franks. "Des études montrent également que certaines personnes dans le coma peuvent être réveillées par une stimulation thalamique. C'est donc une zone déterminante pour l'éveil". Toutefois, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ce mécanisme.

D'autres scientifiques estiment que le cortex cérébral — la couche externe plissée du cerveau — constitue le principal "siège de la conscience" et que c'est donc là que les anesthésiques exercent leurs effets majeurs. Cependant, d'autres régions cérébrales sont également impliquées, comme les lobes frontal et pariétal. Le premier, situé juste derrière le front, est responsable de nombreuses fonctions cognitives supérieures, telles que la pensée critique. Le second, situé plus en arrière, intervient dans le traitement des informations sensorielles, comme le toucher.

Un troisième état

Toutefois, des indices émergents suggèrent que nos cerveaux pourraient être capables d'un état de conscience intermédiaire – un état qui n'est ni le sommeil ni l'éveil.

Pour la plupart des gens, être "endormi" pour une intervention chirurgicale implique une perte totale de conscience et, par conséquent, l'absence de tout souvenir des événements. Toutefois, ce n'est pas le cas pour tout le monde. On estime qu'un patient sur 15 000 peut garder des souvenirs de son opération après son réveil, un phénomène connu sous le nom de "conscience accidentelle".

Jaideep Pandit, médecin anesthésiste au sein des hôpitaux de l'université d'Oxford, estime que ces personnes traversent un "troisième état" de conscience, situé quelque part entre le sommeil et l'éveil, ou entre la conscience et l'inconscience.

Dans le cadre d'expériences, Dr Pandit a administré aux patients un anesthésique associé à un relaxant musculaire, tout en utilisant un garrot pour empêcher ce dernier de paralyser l'avant-bras. Cette méthode permettait aux patients inconscients de bouger la main s'ils le souhaitaient. Il a constaté qu'un tiers des patients étaient capables de serrer les doigts de l'expérimentateur sur commande, alors qu'ils ne manifestaient aucun signe d'éveil ou de douleur pendant l'intervention. Selon Dr Pandit, cela suggère l'existence d'un troisième niveau de conscience.

La singularité de la pensée consciente

Ce que l'on appelle le "problème difficile" de la conscience demeure l'un des grands mystères non résolus de la science. Toutefois, l'étude des changements qui surviennent lorsque l'on perd cette faculté aide à en percer les secrets. Si le sommeil ordinaire s'accompagne lui aussi d'une perte de conscience, les anesthésiques généraux permettent de la suspendre à tout moment, ce qui en facilite l'étude.

Prenons le caractère unique de nos expériences conscientes. Il est généralement admis que l'expérience consciente de chaque individu — humain ou animal — est entièrement subjective et propre à chacun.

Andrea Luppi, neuroscientifique à l'université de Cambridge, a cherché à savoir si les anesthésiques généraux pouvaient éclairer les mécanismes à l'œuvre. Il a étudié le cerveau de personnes sous anesthésie générale à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) fonctionnelle. Cette technologie permet d'enregistrer le flux sanguin cérébral afin d'observer l'impact des médicaments.

Luppi s'est tout particulièrement intéressé à la connectivité fonctionnelle, une mesure de la manière dont les différentes régions du cerveau communiquent et coordonnent leur activité. En temps normal, ce type d'activité neuronale suit un schéma si singulier qu'il peut servir d'"empreinte digitale" pour identifier une personne.

Cependant, Luppi et ses collègues ont découvert que, sous anesthésie, les cerveaux individuels perdaient de leur caractère "unique" pour devenir plus semblables les uns aux autres. Fait intrigant, le cerveau humain anesthésié devenait également moins distinct de celui des autres primates, ce qui suggère que les régions du cerveau humain les plus affectées par l'anesthésie sont celles qui sont apparues le plus récemment au cours de l'évolution.

Selon Luppi, l'une des caractéristiques fondamentales de l'anesthésie est qu'elle empêche la communication entre des régions cérébrales disparates. À l'état de veille, ces régions peuvent interagir même sans connexion directe. En revanche, ce phénomène est très rare dans un cerveau anesthésié, où seules les régions directement reliées entre elles semblent "communiquer".

"À l'état de veille, le flux de conscience guide la succession des schémas cérébraux que nous traversons", a écrit Luppi dans un commentaire publié en 2024. Sous anesthésie, à l'inverse, l'activité cérébrale est privée de gouvernail, a-t-il expliqué.

Les conclusions de Luppi corroborent l'idée selon laquelle la conscience ne résulte pas de l'activité d'une région cérébrale spécifique. Il s'agit plutôt d'un réseau : elle émerge de la coordination de différents pôles d'activité. C'est un peu comme paralyser un gouvernement en mettant hors service les systèmes de communication d'un pays.

Luppi estime également que les anesthésiques généraux pourraient éclairer la manière dont les substances psychédéliques, telles que le LSD et la psilocybine (les "champignons hallucinogènes"), modifient la conscience. Alors que les anesthésiques freinent la communication entre les différentes régions du cerveau, les psychédéliques semblent produire l'effet inverse : ils incitent le cerveau à ouvrir de nouvelles voies de communication.

En fin de compte, il reste toutefois beaucoup à apprendre sur le siège de la conscience dans le cerveau humain.

"Notre compréhension de la conscience est assez rudimentaire", déclare Boris Heifets, professeur agrégé d'anesthésiologie, de médecine périopératoire et de médecine de la douleur à l'université Stanford, en Californie.

"Alors, si vous trouvez quelqu'un capable d'expliquer le fonctionnement de l'expérience consciente, faites-le-moi savoir. J'aimerais beaucoup discuter avec cette personne."

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