Le nombre de connexions entre les neurones (cellules nerveuses) du cerveau humain est astronomique, un seul d’entre eux pouvant établir des liaisons avec plus de 100 000 autres. “Le nombre de connexions possibles à l’intérieur du cerveau de l’homme moderne touche à l’infini”, déclare Anthony Smith dans son livre La pensée (angl.). C’est plus “que le nombre total de particules atomiques qui composent l’univers connu”, ajoute Richard Thompson.

Mais comment l’information est-​elle transmise d’un neurone à un autre? Certains animaux possèdent un système nerveux élémentaire constitué de nombreuses cellules nerveuses en contact les unes avec les autres. Dans ce cas, l’influx nerveux se propage d’une cellule à l’autre en empruntant des ponts intercellulaires. Cette transmission, à la fois simple et rapide, est appelée synapse électrique.

Aussi curieux que cela puisse paraître, dans le corps humain les signaux nerveux transitent la plupart du temps par des synapses chimiques. Ce processus, plus lent et plus complexe que la transmission synaptique électrique, est comparable à un train qui, pour traverser une rivière sans pont, devrait emprunter un bac. Lorsque l’influx nerveux arrive au niveau d’une synapse chimique, l’espace qui sépare les deux neurones l’oblige à s’arrêter. Le signal est alors transmis au neurone suivant par des médiateurs chimiques qui traversent l’espace intercellulaire. Pourquoi un processus électrochimique aussi complexe pour transmettre l’influx nerveux?

Les scientifiques voient de nombreux avantages à la synapse chimique. Tout d’abord, elle garantit un trajet précis aux messages. Ensuite, elle se caractérise par une grande souplesse, car elle est à même de subir des changements tant dans son mode de fonctionnement que dans sa structure. Les signaux peuvent être modifiés. Par l’usage, certaines synapses chimiques se renforcent alors que d’autres disparaissent, faute d’être utilisées. Selon Richard Thompson, auteur du livre Le cerveau (angl.), “un système nerveux composé exclusivement de synapses électriques interdirait l’apprentissage et la mémorisation”.

Dans son livre La pensée (angl.), Anthony Smith écrit: “Les neurones ne fonctionnent pas simplement selon un mode alternatif ‘ouvert/fermé’ (...); ils doivent pouvoir transmettre une information beaucoup plus subtile que oui ou non. On ne peut pas les comparer à des marteaux dont le seul rôle consisterait à enfoncer des clous avec une fréquence variable. Ils ressemblent plutôt à la boîte à outils complète du charpentier avec ses tournevis, ses tenailles, ses pinces, ses maillets et... ses marteaux. (...) Au cours de son trajet, chaque influx nerveux subit des transformations, qui se produisent au niveau des synapses, et pas ailleurs.”