Phineas Gage : l'homme qui a perdu son lobe frontal

Il était un peu plus de seize heures trente, l'après-midi du 13 septembre 1848, sur une pente de micaschiste près de Cavendish, dans le Vermont, là où le Rutland and Burlington Railroad ouvrait une nouvelle voie à travers la roche. Le chef de l'équipe de minage était un homme de vingt-cinq ans nommé Phineas Gage, de l'avis général compétent et apprécié, et il préparait une charge dans un trou fraîchement foré. Il versa la poudre, et pour la tasser il utilisa une barre de bourrage de sa propre conception, une tige effilée d'environ 1,1 mètre de long, 3,2 centimètres de diamètre à son point le plus large, et pesant à peu près six kilogrammes. Penché au-dessus du trou, il laissa la barre frotter la roche. Une étincelle jaillit, la poudre explosa prématurément, et la tige fila vers le haut comme un javelot.

La barre entra sous la pommette gauche de Gage, passa derrière son œil gauche, traversa l'avant de son cerveau, et ressortit par le sommet de son crâne avant de retomber dans la terre à quelque vingt-cinq mètres de là. Selon toute attente raisonnable, il aurait dû être mort avant même de toucher le sol. Au lieu de cela, il reprit conscience en quelques minutes, il parla, et il demanda à ses hommes d'aller chercher un médecin. En l'espace de quelques semaines, la plaie, contre toute attente, cicatrisait, et Gage allait vivre douze années de plus. En une fraction de seconde, les lobes frontaux humains étaient devenus lisibles pour la science.

Cet article traite de ce que cet accident a révélé et, tout aussi important, de ce qu'il n'a pas révélé. La tentation, avec Gage, est de raconter une fable bien rangée : un homme bon transformé en monstre par un trou dans la tête. La vérité est plus nuancée et plus intéressante, et elle ouvre sur une question centrale des neurosciences modernes, à savoir ce que fait réellement l'avant du cerveau, et comment nous avons appris à le mesurer.

Un chef d'équipe de chemin de fer et un javelot de six kilos

Les faits matériels de l'accident de Cavendish sont exceptionnellement bien documentés pour l'époque, en partie parce que le cas était si spectaculaire que les médecins se sont sentis tenus de le consigner. Son médecin traitant, John Martyn Harlow, le suivit jusqu'à la fin de la vie de Gage et laissa le compte rendu d'époque le plus fiable. La barre entra bas, du côté gauche du visage, et ressortit haut à travers l'os frontal, ce qui signifie que sa trajectoire la fit passer par l'avant du cerveau des deux côtés, avec les destructions les plus lourdes à gauche.

Ce qui rend cette survie si frappante, ce n'est pas seulement que Gage ait survécu au traumatisme, mais qu'il ait conservé la parole, sa mémoire, sa capacité à marcher et à travailler de ses mains, et sa reconnaissance des gens qui l'entouraient. Aucune des facultés que l'on considère habituellement comme rendant une personne fonctionnelle ne fut perdue. Il pouvait encore faire des calculs, se rappeler son propre passé, et tenir une conversation. Les dégâts s'étaient concentrés dans une partie du cerveau dont le rôle, on l'a découvert, est plus difficile à voir et plus difficile à évaluer que le langage, le mouvement ou la sensation.

Pendant longtemps, le cas reposa presque entièrement sur les rapports écrits de Harlow et sur le crâne conservé de Gage, qui finit par rejoindre le Warren Anatomical Museum de Harvard. Le crâne, avec son orifice de sortie déchiqueté et la barre exposée à ses côtés, devint l'un des objets les plus célèbres de l'histoire de la médecine. Mais un crâne n'est pas un cerveau, et pendant près d'un siècle et demi personne ne put dire avec précision quelles structures la barre avait réellement détruites.

Reconstituer la trajectoire de la barre

Cela changea en 1994. Une équipe dirigée par Hanna Damasio, travaillant avec Thomas Grabowski, Randall Frank, Albert Galaburda et Antonio Damasio, prit des mesures minutieuses du crâne conservé de Gage, le modélisa en trois dimensions, et reconstitua la trajectoire la plus probable de la barre de bourrage à travers le cerveau qui l'avait jadis rempli. Ils publièrent le résultat dans la revue Science, et il demeure un travail marquant parce qu'il transforma une anecdote saisissante en quelque chose qui approche la preuve anatomique.

La reconstitution concentrait les dégâts dans le cortex préfrontal ventromédian, la région située au bas et au milieu de l'avant du cerveau, bilatérale mais plus atteinte à gauche. Cela compte parce que le cortex préfrontal ventromédian avait déjà été indépendamment impliqué, par le biais d'autres patients et d'autres méthodes, dans le comportement social, la régulation émotionnelle et la prise de décision. Le cas de Gage, plus d'un siècle après les faits, devint la preuve fondatrice, fondée sur la lésion, de l'idée que le cortex préfrontal gouverne la personnalité, la conduite sociale, et l'ensemble des capacités que les neuroscientifiques regroupent sous le nom de fonctions exécutives.

Il vaut la peine de s'arrêter sur ce qu'un tel résultat peut établir, et sur ce qu'il ne peut pas. Une lésion unique chez une seule personne, reconstituée à partir d'un crâne plutôt qu'imagée dans un cerveau vivant, est évocatrice plutôt que concluante, et l'équipe Damasio en était bien consciente. La valeur de la reconstitution est qu'elle a orienté les chercheurs ultérieurs vers le bon voisinage et qu'elle correspondait à un schéma déjà en train d'émerger à partir de cas plus nets et plus modernes. Gage n'a pas prouvé la théorie des lobes frontaux. Il l'a inaugurée.

Ce que fait réellement l'avant du cerveau

Alors, qu'est-ce que la fonction exécutive, cette chose que la barre a endommagée ? Ce n'est pas une opération unique mais une famille d'opérations apparentées, coordonnées par le cortex préfrontal. Dans une influente synthèse de 2013 parue dans l'Annual Review of Psychology, la psychologue du développement Adele Diamond a organisé le champ autour de quatre capacités centrales, chacune dotée d'un ancrage anatomique principal dans l'avant du cerveau et chacune mesurable, du moins en partie, par une tâche de laboratoire dédiée.

La première est la mémoire de travail, la capacité à maintenir une information à l'esprit et à la manipuler, l'ardoise mentale dont on se sert pour garder un numéro de téléphone en tête le temps d'attraper un stylo. La deuxième est le contrôle inhibiteur, la capacité à supprimer une réponse automatique ou tentante au profit d'une réponse plus adaptée, ce qui permet de ne pas lâcher la première chose qui vient à l'esprit. La troisième est la flexibilité cognitive, la capacité à passer d'une règle, d'une perspective ou d'une stratégie à une autre selon l'évolution des circonstances. La quatrième est la planification, la mobilisation de ces aptitudes en vue d'un objectif futur. La lecture, le travail, l'amitié et la maîtrise de soi puisent tous dans cette machinerie discrète, ce qui explique précisément pourquoi sa perte est si difficile à remarquer lors d'un examen superficiel et si dévastatrice pour une vie à long terme.

Deux régions à l'intérieur du cortex préfrontal accomplissent une grande part de ce travail, et elles coopèrent. Le cortex préfrontal dorsolatéral, qui correspond aux aires 9 et 46 de Brodmann, est le siège canonique de la mémoire de travail et de la planification. Son rôle fut démontré presque cellule par cellule dans les expériences de Patricia Goldman-Rakic sur les tâches à réponse différée, dans lesquelles des neurones individuels continuaient de décharger pendant les secondes où un animal devait garder en tête un emplacement mémorisé. Le cortex cingulaire antérieur, qui correspond aux aires 24 et 32 de Brodmann, agit quant à lui comme un détecteur de conflit, un rôle formalisé dans un article de 2001 paru dans Psychological Review par Matthew Botvinick et ses collègues. La répartition des tâches est nette : le cortex cingulaire antérieur détecte quand deux réponses entrent en compétition, et recrute le cortex préfrontal dorsolatéral pour trancher le conflit en faveur de la bonne réponse.

Les tests qui surprennent le cortex préfrontal à l'œuvre

Parce que la fonction exécutive est invisible à l'observation ordinaire, les neurosciences ont construit des tâches astucieuses pour la faire se manifester. La plus célèbre est la tâche d'interférence couleur-mot conçue par J. Ridley Stroop en 1935. On vous montre des noms de couleurs imprimés en encre colorée et on vous demande de nommer la couleur de l'encre plutôt que de lire le mot. Lors des essais congruents, c'est trivial, mais lors des essais incongruents, où le mot ROUGE est imprimé en encre bleue, votre habitude automatique de lire se heurte à la tâche qu'on vous a confiée, et vous ralentissez de façon mesurable, généralement de cent à deux cents millisecondes. Ce petit délai est le coût du contrôle exécutif, le temps qu'il faut au cortex cingulaire antérieur pour signaler le conflit et au cortex préfrontal dorsolatéral pour passer outre le réflexe de lecture.

Une deuxième sonde classique est le Wisconsin Card Sorting Test, introduit par Grant et Berg en 1948 et perfectionné par Heaton dans les années 1970 et 1980. Les participants trient des cartes selon une règle qu'on ne leur dit jamais, par exemple par couleur, par forme ou par nombre, ne l'apprenant que grâce au retour donné après chaque carte. Une fois qu'ils ont trié correctement dix fois de suite, la règle change sans avertissement. Les participants en bonne santé remarquent le changement et s'adaptent. Les patients atteints d'une lésion du lobe frontal présentent une défaillance caractéristique appelée persévération, continuant de trier selon l'ancienne règle alors même que le retour leur indique, encore et encore, qu'ils ont désormais tort. Le test rend visible l'inflexibilité cognitive, et il est devenu l'une des signatures cliniques classiques de l'atteinte préfrontale.

Derrière ces tâches se trouve une théorie plus large du moment où le cerveau mobilise sa machinerie exécutive. Le neuropsychologue Tim Shallice, s'appuyant sur des travaux menés avec Donald Norman en 1986 et développant pleinement l'idée dans son livre de 1988 From Neuropsychology to Mental Structure, établit une distinction entre deux systèmes. Le comportement routinier et bien appris fonctionne grâce à ce qu'il appelait le contention scheduling, un processus automatique de sélection de l'action qui ne nécessite aucune supervision, le pilote automatique qui vous ramène chez vous par un itinéraire familier. Les situations nouvelles, où l'on doit planifier, résoudre un problème ou corriger une erreur, font appel quant à elles au système attentionnel superviseur, le contremaître exécutif logé dans le cortex préfrontal. La barre de Gage, selon cette vision, n'a pas endommagé les routines mais le superviseur.

Le mythe de l'homme devenu monstre

C'est ici que la version rigoureuse de l'histoire diverge nettement de la version populaire. L'image que la plupart des gens gardent de Phineas Gage est celle d'un homme honnête transformé par sa blessure en une brute irrécupérable, grossier, peu fiable, un psychopathe de manuel créé en un instant. Cette image exagère, et par endroits déforme tout simplement, ce que Harlow a réellement rapporté. Il ne fait aucun doute que Gage a changé ; la fameuse phrase de Harlow selon laquelle ses amis ne le reconnaissaient « plus comme Gage » reflète une altération réelle et significative de son tempérament et de sa conduite sociale. Mais le changement n'est pas la ruine.

Dans les années qui suivirent l'accident, Gage travailla, et pas seulement à des tâches simples. De 1852 à 1859, il occupa un emploi de conducteur de diligence au Chili, un métier exigeant qui l'obligeait à gérer des chevaux, à tenir des horaires, à s'occuper des passagers et de l'argent, et à coopérer avec d'autres sur de longs trajets, rien de tout cela n'étant le travail d'un homme incapable de planifier ou de se réguler. L'historien Malcolm Macmillan, dans son livre de 2000 An Odd Kind of Fame, a retracé la manière dont le cas a été régulièrement exagéré durant un siècle et demi, souvent par des auteurs qui n'avaient jamais lu Harlow. Macmillan a aussi rassemblé des indices épars suggérant que Gage a peut-être récupéré une partie de ses fonctions sociales avec le temps, ce qui cadrerait avec ce que nous savons aujourd'hui de la capacité d'adaptation du cerveau après une blessure.

Ce rectificatif compte pour deux raisons. D'abord, l'honnêteté intellectuelle : une personne réelle mérite d'être rappelée telle qu'elle était, et non comme une fable édifiante commode. Ensuite, l'exactitude scientifique : une histoire qui affirme que les lobes frontaux abritent un siège fixe du caractère moral, instantanément et définitivement détruit, se trompe sur les neurosciences. Le cortex préfrontal soutient des capacités qui peuvent être altérées par degrés, qui interagissent avec le reste de la vie et des habitudes d'une personne, et qui peuvent parfois récupérer partiellement. La véritable histoire de Gage, celle, plus désordonnée, avec la diligence, enseigne plus que le mythe ne l'a jamais fait.

Points clés à retenir

L'accident de Cavendish, le 13 septembre 1848, au cours duquel une barre de bourrage de 1,1 mètre traversa le crâne de Phineas Gage et l'avant de son cerveau, a ouvert l'étude scientifique des lobes frontaux en montrant qu'une personne pouvait perdre cette région tout en conservant la parole, la mémoire et le mouvement, tout en changeant de manières plus subtiles ; Hanna Damasio et ses collègues ont localisé les dégâts, dans leur reconstitution publiée dans Science en 1994, au cortex préfrontal ventromédian, faisant de Gage le cas lésionnel fondateur de l'idée que le cortex préfrontal gouverne la personnalité, la conduite sociale et les fonctions exécutives, une famille d'opérations (mémoire de travail, contrôle inhibiteur, flexibilité cognitive et planification) ancrées principalement dans le cortex préfrontal dorsolatéral pour la mémoire de travail et la planification et dans le cortex cingulaire antérieur pour la détection de conflit, les deux coopérant de sorte que le cortex cingulaire détecte les réponses en compétition et recrute le cortex dorsolatéral pour les résoudre ; ces capacités sont rendues visibles par des tâches telles que le test d'interférence couleur-mot de Stroop de 1935 et le Wisconsin Card Sorting Test de 1948, et organisées sur le plan théorique par la distinction de Shallice entre le contention scheduling routinier et le système attentionnel superviseur préfrontal ; et enfin, l'image populaire de Gage en psychopathe instantané et irrécupérable exagère le témoignage de Harlow, puisque Gage a travaillé comme conducteur de diligence au Chili de 1852 à 1859 et que le cas, comme le documente An Odd Kind of Fame de Macmillan, a été mythifié bien au-delà des preuves.