Il nous est très difficile de concevoir comment un être humain, avec les capacités intellectuelles complexes que lui confère son cerveau, peut se développer à partir d’un embryon. Et à plus forte raison à partir de la cellule unique qui est à l’origine de l’embryon.

Or pour comprendre comment se développe notre système nerveux, il nous faut justement remonter jusqu’à la première cellule du corps humain, ou plutôt les deux premières cellules…

En effet chez l’humain, comme chez toutes les espèces à reproduction sexuée, le matériel génétique d’un individu lui vient à 50 % de sa mère et à 50 % de son père. Il y a donc des cellules spéciales qu’on appelle gamètes qui sont produites par les deux sexes et qui, en se fusionnant, vont former la première cellule avec toute l’information nécessaire pour fabriquer un nouvel individu.

Les gamètes femelles et mâles diffèrent grandement chez l’humain : un gros ovule produit par la femme chaque mois comparé à 200 ou 300 millions de minuscules spermatozoïdes produits par l’homme en un jour ! Lors de l’ovulation chez la femme, l’ovule est éjecté de l’ovaire et transporté vers l’utérus à travers les trompes de Fallope.

Les spermatozoïdes produits par les testicules de l’homme et introduit dans le vagin par l’éjaculation vont remonter dans l’utérus et les trompes de Fallope grâce à leur flagelle mobile. Les spermatozoïdes sont attirés par l’ovule dont ils doivent digérer l’épaisse membrane avant de s’y introduire. Dès qu’un spermatozoïde pénètre à l’intérieur de l’ovule, il y déclenche des changements chimiques qui empêchent l’entrée des autres spermatozoïdes.

Bien que la contribution en terme de matériel génétique entre l’ovule et le spermatozoïde soit équivalente, l’apport en cytoplasme du spermatozoïde est négligeable par rapport à celui de l’ovule. Chez les mammifères, la fécondation est complétée une douzaine d’heures plus tard alors que le noyau de l’ovule fusionne avec celui du spermatozoïde pour former la première cellule contenant tout le matériel génétique du nouvel organisme.

Tout être humain a commencé sa vie ainsi, comme un simple ovule fertilisé par un spermatozoïde. La taille de cette première cellule, aussi appelé zygote, étant environ le cinquième de celle du point à la fin de cette phrase.

Celle-ci va ensuite se diviser en 2 cellules, puis en 4, en 8 en 16 etc, aboutissant ainsi à un amas sphérique de cellules. On emploie souvent le terme de segmentation pour décrire cette première étape du développement. Cette boule se creuse ensuite progressivement d’une cavité alors qu’elle quitte la trompe de Fallope pour s’implanter dans la paroi de l’utérus. C’est seulement à ce moment que vont naître les trois couches de cellules qui vont être à l’origine de tous les organes de notre corps, y compris le système nerveux.

Le potentiel de développement d’une cellule définit le nombre de types cellulaires différents qu’elle peut engendrer. Les cellules souches sont ainsi dites « pluripotentes » car elles peuvent se différencier en plusieurs types de neurones et de cellules gliales. Seul le zygote et les deux ou quatre premières cellules qu’il produit en se divisant peuvent former absolument toutes les cellules du corps. On dit que ces cellules sont « totipotentes ». C’est d’ailleurs la séparation précoce de ces cellules qui produira le développement de jumeaux identiques. Les jumeaux non identiques, eux, partagent 50% de leurs gènes comme des frères et sœurs puisqu’ils proviennent de la fécondation de deux ovules par deux spermatozoïdes différents.

Le système nerveux humain commence à se former très tôt durant le développement de l’embryon. À la fin de la phase de gastrulation, une structure allongée, la notocorde, se met en place. L’embryon va alors passer d’une structure circulaire à une structure allongée, étape primordiale pour le développement du système nerveux.

La notocorde envoie à la couche de cellules située juste au-dessus d’elle (l’ectoderme) un signal qui va amener certaines d’entre elles à former la première structure à l’origine du système nerveux, la plaque neurale.

C’est le début du développement de notre système nerveux, processus aussi appelé neurulation. L’étape suivante de ce processus survient lorsque les bords de la plaque neurale commencent à se replier vers l’intérieur, formant une gouttière neurale. Celle-ci va bientôt se refermer complètement pour former un tube neural à partir duquel se construira la totalité du cerveau et de la moelle épinière.

Des défauts de fermeture du tube neural peuvent d’ailleurs avoir des conséquences dramatiques pour le nouveau-né.

Les cellules qui forment l’intérieur du tube neural, en plus d’être à l’origine du cerveau et de la moelle épinière, vont également donner naissance à la crête neurale, autre structure importante pour la suite de la mise en place de toutes les composantes du système nerveux.

À l’intérieur du tube, les cellules continuent de proliférer à un rythme qui varie le long du tube en fonction de la future structure cérébrale en formation, le cortex se développant par exemple le plus tardivement.

L’apparition de vésicules dans la partie rostrale du tube neural est une étape importante du développement puisque ce sont ces vésicules qui vont devenir le cerveau des vertébrés. De leur côté, les invertébrés comme les insectes ou les mollusques n’ont pas de cerveau à proprement parler, seulement des ganglions (ou amas de cellules nerveuses) répartis à différents endroits dans leur corps. Certains invertébrés comme les pieuvres ont cependant un ganglion cérébral très développé.

Le tube neural du jeune mammifère est d’abord une structure droite. Puis, avant même que la partie caudale du tube neural n’ait commencé à se développer, la partie rostrale subit des changements spectaculaires. Au début de la 4e semaine, le tube neural s’incurve et se subdivise en trois renflements qu’on appelle les vésicules primaires (ou primitives). De l’avant à l’arrière, ces vésicules seront respectivement à l’origine du prosencéphale (ou cerveau antérieur), du mésencéphale (ou cerveau médian) et du rhombencéphale (ou cerveau postérieur). À partir du rhombencéphale se poursuit le tube neural qui donnera naissance à la moelle épinière.

Après la mise en place de ces trois régions cérébrales primitives, deux de celles-ci vont à leur tour se subdiviser pour former les cinq grandes subdivisions du cerveau.