Cours #1 - Définition et Histoire de la Psychologie Physiologique PDF

Cours #1 Définition de la Psychologie Physiologique et Historique 1 Plan du cours 1) Mise en contexte et Définition 2) Approches 3) Les conceptions du cerveau à travers le temps 2 Neurosciences L’étude du cerveau est aussi ancienne que la science elle-même. La révolution des neurosciences : compréhe...

Cours #1 Définition de la Psychologie Physiologique et Historique 1 Plan du cours 1) Mise en contexte et Définition 2) Approches 3) Les conceptions du cerveau à travers le temps 2 Neurosciences L’étude du cerveau est aussi ancienne que la science elle-même. La révolution des neurosciences : compréhension du cerveau qui réside dans une approche pluridisciplinaire. Pour comprendre le cerveau il est nécessaire d’acquérir des connaissances dans plusieurs domaines. Les neuroscientifiques s’intéressent au système nerveux - Proviennent de diverses disciplines (e.g. médecine, biologie, psychologie, physique, chimie, mathématique). - Équipes multidisciplinaires. Le système nerveux est le point commun des études 3 Multidisciplinarité des neurosciences Étudient les relations entre le système nerveux (cerveau) et le comportement Des domaines dont la démarche scientifique est dite d’«approche réductionniste» à plusieurs niveaux d’analyse : Neurophysiologie (fonction), Neuroanatomie (structure) Neuroendocrinologie (hormones), Neurobiologie cellulaire (cellules) Biochimie, Biologie moléculaire, Génétique. Divers niveaux aspects comportementaux plus globaux propriétés chimiques et électriques du cerveau 4 Les approches adoptées en neurosciences  Monisme : Conception selon laquelle la réalité est un tout unifié et que l’esprit est un phénomène produit par notre corps.  Déterministe : Penser que chaque événement est déterminé par un principe de causalité.  Le comportement peut donc être expliqué en comprenant la physiologie, afin de prédire le comportement. On devra alors tout connaître (hérédité, chaque interaction avec l’environnement, etc.) pour le comprendre.  Objectif presque impossible à atteindre.  Réductionniste : plusieurs niveaux d’analyse.  En laboratoire, on limitera nos hypothèses aux méthodes d’investigation disponibles. On ne peut détecter une âme immatérielle, on ne peut l’étudier objectivement. On s'appuie sur la démarche scientifique. 5 Les conceptions du cerveau à travers le temps Préhistoire Antiquité Renaissance Ére moderne Renaissance Ref image : https://www.alloprof.qc.ca/fr/eleves/bv/histoire/epoques-historiques-h1001 6 Dès la préhistoire: Le cerveau est reconnu comme un organe vital (essentiel à la vie) Il y a 7000 ans On considère que le cerveau est impliqué dans le comportement. Découverte de crânes portant des lésions (trépanation) volontaires cicatrisées effectuées durant la vie, Objectif supposé : guérir, traitement des maux de tête, troubles mentaux, sortie des mauvais esprits… 7 Égypte ancienne : il y a 5000 ans Les écrits médicaux (papyrus) des 1er médecins démontrent qu’ils reconnaissent plusieurs symptômes liés aux lésions cérébrales. Termes discutés : cerveau, méninges, moelle épinière, fluide cérébral - cerveau en hiéroglyphes Pour les égyptiens, le siège de la conscience est au niveau du cœur. Momification: Le cerveau n’est pas essentiel à la vie dans l’au-delà. Il est retiré par les narines Le reste du corps est soigneusement préparé. 8  Conception qui va perdurer jusqu’à Hippocrate. Grèce antique : 400 ans av. J.-C. Constatations/Observations: Différentes parties du corps ont des formes différentes et des fonctions différentes. Pieds pour la marche/Mains pour la manipulation. Des expériences simples (e.g. fermer les yeux) montrent que la tête permet de percevoir l’environnement. La déduction principale de ce raisonnement est que le cerveau est l’organe des sensations et le siège de l’intelligence. 9 Grèce antique : 400 ans av. J.-C. Hippocrate (père de la médecine) Le cerveau n’est pas seulement impliqué dans les sensations, mais il est aussi le siège de l’intelligence. 460-379 av. J.-C. L’homme devrait savoir que la joie, le plaisir, le rire et le divertissement, le chagrin, la peine, le découragement et les larmes ne peuvent venir que du cerveau. … C’est à cause de cet organe que nous pouvons devenir fou et dément et que la peur et l’angoisse nous assaillent… Je considère donc que le cerveau exerce le plus grand pouvoir sur l’homme. 10 Grèce antique : 400 av. J.-C. Conception du rôle du cerveau qui n’est pas partagée par tous. Aristote pense plutôt que: Aristote 384-322 av. J.-C. Le cœur est le centre de l’intellect et des sensations, alors que le cerveau sert à refroidir le sang qui est surchauffé par l’agitation du cœur. …car le cœur est très vascularisé et le cerveau semble moins sensible que le cœur aux stimulations mécaniques. Le tempérament des gens serait fonction de leur capacité de refroidissement du cerveau. Aristote entretient ainsi la conception de l’Égypte ancienne. Empire romain Galien, médecin des gladiateurs, soutient les idées d’Hippocrate Observations des blessures des gladiateurs (Empire Romain, Dissection Corps Humain Interdite) Pratiquant des dissections chez l’animal, il distingue le cerveau (mou) du cervelet (ferme) et détermine leurs fonctions. Encéphale de Mouton Cerveau Cervelet 130-200 ap. J.-C. Cerveau : Réceptacle des sensations, permet la mémorisation (les sensations doivent « s’imprimer » quelque part) Cervelet : Centre de commande des muscles Raisonnement faux mais conclusion générale juste Découverte des ventricules cérébraux Théorie de la localisation ventriculaire des fonctions cérébrales Cohérent avec la théorie de l’époque : Équilibre dans les 4 humeurs/fluides (Hippocrate) *bile noire/bile jaune/flegme/sang Galien ouvre le cerveau (mouton) et observe les ventricules cérébraux où circule le liquide céphalo-rachidien (LCR). Ventricules Mouton Cette théorie soutenait que les sensations étaient enregistrées et les mouvements initiés par le déplacement de ces humeurs vers ou à partir des ventricules du cerveau, en empruntant les nerfs (considérés semblables aux vaisseaux sanguins). Invention du moulin à eau / génère de l’énergie par le déplacement de fluides. 13 De la Renaissance (15e) au 19e siècle  La théorie de la localisation ventriculaire des fonctions cérébrales perdure pendant plus de 1500 ans.  Concept renforcé au XVII siècle par l’invention des machines hydrauliques. Les muscles se gonflent sous la contraction, à cause de l’expulsion des fluides des ventricules vers les nerfs.  Perspective dualiste en vogue:  Conception du monde selon une dualité entre deux types de substances.  On croit que l’être humain se compose de deux substances: il possède un corps physique et un esprit immatériel.  On croit que la réalité se divise en deux catégories: le matériel et le spirituel.  L’esprit contrôlerait donc le corps = interaction entre le corps et l’esprit. 14 André Vésale – Anatomiste (1515-1564) Théorie de la localisation ventriculaire toujours prédominante. (1ere dissection publique 1543 – meurtrier/condamné à mort). Il fera une description anatomiquement exacte des ventricules. Vésale décrira également les structures du cerveau. Le Système Nerveux Périphérique Le Cerveau et les Nerfs Crâniens De Humani Corporis Fabrica 15 J. Kepler, Astronome L’œil fonctionne comme un instrument d’optique ; projetant l’image sur les nerfs sensoriels de la rétine. 1571-1630 Astronomia pars Optica (1604) 16 René Descartes (1596-1650) Je pense donc je suis Descartes abandonne la théorie de la localisation ventriculaire des fonctions cérébrales.  Pour ce mathématicien, le corps est une machine: théorie mécaniste du corps pour les fonctions et comportements humains qui sont communs aux animaux.  Contrairement aux animaux, l’être humain a une intelligence et une âme donnée par Dieu.  Dualisme:  L’esprit ou l’âme (dont les facultés mentales et intelligence), reçoit l’information sur le monde à travers les sensations, elle pense et elle prend les décisions sur les actions à prendre.  Quand l’âme veut bouger le corps, elle le fait à travers le cerveau qui lui agit sur les muscles.  L’âme communique avec le cerveau par la glande pinéale (épiphyse). 17 XVIIe et XVIIIe siècle  D’autres scientifiques, se détournent de la théorie ventriculaire  Augmentation de l’intérêt pour la matière cérébrale  Intérêt pour la matière grise vs la matière blanche  Puisque la substance blanche est en continuité avec les nerfs du corps, il est envisageable qu’elle contienne les fibres qui véhiculent l’information vers et à partir de la matière grise.  Découverte des circonvolutions (gyri) et sillons (scissures) (progrès considérable). University of Wisconsin-Madison Brain Collection (69-314) 18 Fin du XVIII siècle  Le système nerveux est complètement disséqué et l’organisation générale est connue.  On distingue le système nerveux central (cerveau et moelle épinière) du système nerveux périphérique (ensemble des nerfs).  On sait qu’une atteinte du cerveau peut supprimer les sensations, empêcher le mouvement, altérer la pensée, entraîner la mort.  On sait que les nerfs assurent la communication entre le cerveau et le corps; ils sont en continuité avec la matière blanche.  Il est possible de distinguer dans le cerveau des sous-régions (lobes cérébraux) qui jouent probablement des rôles différents.  Le cerveau fonctionne comme une machine et obéit aux lois de la nature. Tout est en place pour une transition vers 19 l’Ère de la théorie de la localisation des fonctions cérébrales. Au 19e siècle Une série de travaux/d’expériences vont permettrent d’établir les fondements de conception neuroscientifique comtemporaine: - Les nerfs sont conducteurs d’électricité - Franklin, Galvani & Bois Reymond, Bell et Magendie - On peut localiser des fonctions cognitives dans le cerveau - Bell, Flourens, Gall, Broca - La théorie de l’évolution (études animales, psychologie comparative) - Darwin, Romane, Fritsch et Hitzig , Ferrier, Munk - La théorie cellulaire : la cellule comme unité fonctionnelle - Schwann, Cajal 20 Expériences et observations sur l’électricité Benjamin Franklin (1751) Nouvelles découvertes sur l’électricité Les observations de Franklin ont permis aux scientifiques qui lui succéderont de considérer que les nerfs sont conducteurs d’électricité et qu’un des modes de fonctionnement du neurone est électrique (le neurone est électro-chimique). 21 Les nerfs sont conducteurs d’électricité Vers l’ère moderne: XVIII-XIXe siècle Luigi Galvani (Physicien, Médecin, Anatomiste) Les muscles se contractent sous stimulation électrique 1737-1798 L. Galvani & E. Bois-Reymond (Biologiste) ≈ 1800 - Les muscles se contractent sous stimulation électrique - Le cerveau génère de l’électricité - Les nerfs communiquent avec le cerveau On exclut l’hypothèse des fluides 22 Charles Bell (Médecin) et François Magendie (Physiologiste) ≈ 1810 Observations et questionnement scientifique : Est-ce que les signaux qui génèrent le mouvement des muscles sont transmis par les mêmes canaux que ceux qui enregistrent les sensations à travers la peau ? Expériences animales : section des racines ventrales induit la paralysie Courant de neurologie expérimentale visant à détruire des parties du système nerveux pour en connaître le rôle fonctionnel.  Identification des racines dorsales et ventrales du nerf  Fibres sensorielles (dorsales) et fibres motrices (ventrales) regroupées dans un nerf  Transmission de l’influx nerveux à sens unique Bell suggère que si les racines ventrales/dorsales des nerfs ont des fonctions différentes, par extrapolation, les diverses parties du cerveau devraient aussi présenter des fonctions particulières. 23 Vers l’ère moderne : le XIXe siècle Grâce à l’application de la méthode expérimentale à la physiologie, la recherche progresse plus rapidement que toute celle l’ayant précédée. J. Müller 1801-1855 (1838) Elements of Physiology W. M. Wundt 1832- 1920 (1874) Principles of Physiological Psychology Professeur de Physiologie Mentor de Wundt, Bois-Reymond Schwann Père de la psychologie expérimentale (psychologie physiologique). 1er Laboratoire de Psychologie Expérimentale (méthode introspection) 24 Localisation des fonctions cérébrales Ère moderne: le XIXe siècle Courant de neurologie expérimentale M.-J.-P. Flourens (Physiologiste, 1823) Localisation des fonctions cérébrales par la méthode des lésions cérébrales (oiseaux) : Sur la base d’expérimentations solides, il confirme l’hypothèse de Galien : - Cervelet impliqué dans la coordination du mouvement - Cerveau impliqué dans la sensation et la perception Cependant, il proposera que les caractères particuliers ne sont pas isolés dans des parties spécifiques du cerveau et que toutes les régions sont impliquées de façon équivalente (ce qui est faux). 25 Localisation des fonctions cérébrales Ère moderne: le XIXe siècle En opposition à Flourens, F.J. Gall Gall (père de la phrénologie) soutenait une relation entre les formes du crânes et les traits de caractères (farfelu selon Flourens) (1825,1838). Phrénologie : Étude de la relation entre la morphologie crânienne et les traits de personnalité, en assumant que les bosses du crâne correspondent aux circonvolutions cérébrales.  Il suggère une correspondance directe entre l’anatomie (forme des différentes parties du crâne) et la fonction (ce qui est faux). F.J. Gall 1758-1828  Il suggère aussi (contrairement à Flourens) que différentes parties du cerveau sont impliquées dans des fonctions cognitives et comportementales spécifiques (ce qui est vrai). 26 Localisation des fonctions cérébrales Ère moderne: le XIXe siècle Localisation des fonctions cérébrales cognitives par la méthode des lésions cérébrales Paul Broca Neurologue 1824-1880 1861 Patient comprend le langage mais ne peut pas le produire. Lésion au lobe frontal gauche, région importante pour le langage. 27 Théorie de l’évolution Ère moderne : le XIXe siècle C. Darwin (1859) L’origine des espèces - Les espèces se développent à partir d’un ancêtre commun. -Chaque espèce possède des structures et des fonctions adaptées à leur environnement et favorisant la survie. 1808-1882 - La différence entre les espèces repose sur la sélection naturelle: Un organisme subit des changements structuraux spontanés. Si ces changements sont favorables à sa reproduction, sa progéniture hérite de ces traits et se reproduit plus facilement. - Fonctionnalisme : Les caractéristiques d’un organisme ont une fonction comportementale. 28 Théorie de l’évolution Ère moderne : le XIXe siècle Romanes (1848-1894) : Psychologie comparative - Modèle animal - Ancêtre commun => Mécanismes physiologiques communs => Extrapolation d’observations chez l’animal à l’humain Singe : cortex visuel/occipital et vision => Évolution de différentes spécialisation du cerveau en fonction de l’espèce La structure et la fonction chez une espèce reflète ses adaptations. L’étude de ces spécificités permet de conclure à la fonction de certaines structures. 29 Localisation des fonctions cérébrales Ère moderne: le XIXe siècle Neurologie expérimentale AUTRES ÉTUDES ANIMALES STRUCTURE/FONCTION:  Fritsch et Hitzig (Physiologistes, 1870): Utilisation de la stimulation électrique sur le cerveau (expériences chez le chien) afin de générer le mouvement. - Stimulation du cerveau chez le chien produit des mouvements discrets dans la partie opposée du corps (identification du cortex moteur primaire).  Ferrier (Neurologue, 1881): Ablation de la même région (cortex moteur) que celle stimulée par Fristsch et Hitzig chez le singe entraîne la perte de la motricité/paralysie.  Munk (Physiologiste) : Expérience de lésions chez l’animal montre que le lobe occipital est relié à la vision. 30 Unité de base du fonctionnement cérébral La discussion se poursuit, la cellule nerveuse à titre individuel estelle l’unité de base du fonctionnement cérébral ?  Theodor Schwann (Zoologiste, 1839): théorie cellulaire.  Tous les tissus sont composés d’unités microscopiques: les cellules.  R. Cajal (1852-1934). Prix Nobel de physiologie. Convaincu que les neurones, bien que très proches les uns des autres (dessins de neurones) ne se touchent pas (neurones pas en continuité les uns avec les autres, pas série de fins tubes interconnectés). Espace entre les neurones: synapse. Nouvelle théorie neuronale (opposée à la théorie réticulaire de Golgi). Vers 1900, le neurone est considéré à titre unique comme l’unité fonctionnelle de base du système nerveux. 31 Localisation des fonctions cérébrales Ère moderne: le XIXe siècle Brodmann (Neurologue & Neurophysiologiste, 1909) Cartographie corticale selon la cytoarchitecture (organisation des cellules neuronales) chez l’humain et le singe : 52 régions corticales Certaines ont une fonction connue : - Aire 4 : Motricité - Aire 17 : Vision - Aires 41-42 : Audition - Aires 44-45 : Langage Description d’aires dites associatives associées aux aires primaires (sensorielles et motrices) pour des fonctions intégrées. 32 Au cours du dernier siècle 1929 : Mise au point de l’électroencéphalographie (EEG). (Application à l’homme en 1936) 1950 : Cartographie fonctionnelle du cortex / 1ères visualisations des synapses grâce à la microscopie électronique. 1958 : Découverte d’un neuromédiateur important dans le cerveau : la dopamine 1963 : Eccles, Hodgkin et Huxley – Prix Nobel de Physiologie et Médecine : description du rôle des canaux ioniques dans les mécanismes de l’influx nerveux. Années 1970 : Meilleure compréhension des systèmes sensoriels et moteurs 1ères images anatomiques du cerveau humain avec l'IRM (imagerie par résonance magnétique) 1985 – 2000 : Étude de la plasticité cérébrale Années 1990 : Essor de la biologie moléculaire 1ères images du cerveau en IRMf (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle) en 1992. 1996 : première greffe de neurones chez des patients atteints de chorée de Huntington (Peschanski). 1999 : Mise en évidence de la capacité de division de certaines cellules au sein du cerveau adulte. A partir des années 2000 2000 : Carlsson, Greengard et Kandel – Prix Nobel de Physiologie et Médecine : rôle de la dopamine dans la maladie de Parkinson. Découverte des cellules souches Émergence de la notion de « big data » ou « mégadonnées » 2001 : Publication de la séquence du génome humain. 2004 : Axel et Buck – Prix Nobel de Physiologie et Médecine: Découverte des récepteurs olfactifs. 2010 : L’optogénétique, « méthode de l’année 2010 » : stimuler par la lumière des neurones dans le cerveau 2012 : Lefkowitz et Kobilka – Prix Nobel de Chimie pour découverte des récepteurs couplés aux protéines G. 2013 : Human Brain Project (Europe), qui vise à simuler par ordinateur le fonctionnement du cerveau. Brain Initiative (USA) », qui vise à cartographier le fonctionnement de chaque neurone du cerveau. 2014 :1ère greffe de cellules-souches pour soigner la DMLA(Japon, Kurimoto et son équipe) 1ère prothèse de main avec sens du toucher (LifeHand2) John O’Keefe, May-Britt Moser et Edvard Moser – Prix Nobel de Physiologie et Médecine pour leur découverte des cellules de lieu dans l’hippocampe (O'Keefe les avait décrites en 1970) et cellules de grille (Moser les avaient décrites en 2005) dans le cortex entorhinal Tiré de : https://www.frcneurodon.org/comprendre-le-cerveau/a-la-decouverte-du-cerveau/un-siecle-de-neurosciences/ 33 Le neurone: unité fonctionnelle du cerveau Le cerveau est reconnu tel l’élément le plus complexe de l’univers. Connaissances actuelles:  Neurones: cellules qui transmettent l’information nerveuse (diamètre entre 4 et 100 microns - 1 micron = 1/1000 mm).  Nombre moyen de neurones: 85 000 000 000 (85 milliards)  Chaque neurone a typiquement 1000 à 10 000 synapses  Transmission chimique et électrique  Capacité de modifier la transmission chimique.  Ratio neurones : cellules gliales 1:1 à 1:2 (il y a donc plus de cellules gliales que de neurones). 34 Fin du cours # 1 Merci pour votre attention 35