Cours #1 Définition de la Psychologie Physiologique et Historique 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. idée des robots  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 que nous avons. On ne peut détecter une âme immatérielle, on ne peut l’étudier objectivement. La démarche scientifique 5 Les conceptions du cerveau à travers le temps Préhistoire Antiquité Renaissance Ére moderne Renaissance 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: 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. Aristote …car le cœur est très vascularisé et le cerveau semble moins sensible que le cœur aux stimulations mécaniques. 384-322 av. J.-C. débat entre Hippocrate et Aristote Sur L plus Le coeter. important entre le l'organe cerveau et 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. Son raisonnement 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 Consistant avec la théorie de l’époque : Équilibre dans les 4 humeurs/fluides (bile noire/bile jaune/flegme/sang - Hippocrate) Galien ouvre le cerveau (mouton) et observe les ventricules cérébraux où circule le liquide céphalo-rachidien. 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.  Car 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  interactionnisme. 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. De Humani Corporis Fabrica Le Système Nerveux Périphérique Le Cerveau et les Nerfs Crâniens 15 Il décrit l'oeil 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, qui comprendrait les facultés mentales et l’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 l’ère de la théorie de la 19 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 - très important 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) * important 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 fait avec des cuisse de grenouilleet des éclairs 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. dorsal : Sensoriel ventral : motricité  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 Flourens propose 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 Opposition 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 a des structures et des fonctions adaptées. - La différence entre les espèces repose sur la sélection naturelle: 1808-1882 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 Mais également spécificités à l’espèce : => 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. 66 66 29 Localisation des fonctions cérébrales Ère moderne: le XIXe siècle Neurologie expérimentale  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 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). pression 33 Cours 2 Le neurone, la cellule gliale et la transmission synaptique Cours # 2 PSY1035 Psychologie physiologique Plan 1- LE SNC – matière blanche, matière grise, système ventriculaire 2- Deux catégories de cellules Névroglie (cellules gliales) Neurones 3 – Le neurone : 2 états -- au repos et en action (potentiel d’action - PA) 4- La transmission synaptique : aspect chimique 5 - Ce qui déclenche les PA : Les potentiels post-synaptiques excitateur et inhibiteur (PPSE, PPSI) 6- La transmission synaptique : Drogues/molécules actives et effets agonistes vs antagonistes 7- Résumé 2 Mise en contexte Le Système Nerveux Central (SNC) Cerveau, tronc cérébral, cervelet, moelle épinière *Substance/Matière blanche cellules gliales fibres nerveuses myélinisées (axones entourés de myéline) *Substance/Matière grise cellules gliales (p.ex. certains types d'astrocytes) corps cellulaire des neurones fibres nerveuses amyéliniques (axones sans myéline) *Système ventriculaire Ventricules latéraux voir 4-5 3ème ventricule Aqueduc de Sylvius/Cérébral 4ème ventricule Canal épendymaire all cours voir petit vidéo sur Studium 3 Deux grandes catégories de cellules - Névroglie (cellules gliales) - Cellules non excitables - Ratio 1:1 à 2:1 p/r aux neurones - Capacité de reproduction (gliogenèse) - Neurones (cellules nerveuses) - Cellules excitables: unité de communication - Règle générale : Amitotique (ne se reproduit pas) - Exception : hippocampe (neurogenèse) reproduction de neurone 4 La névroglie La névroglie, ses 4 composantes: -Astrocytes -Microgliocytes -Oligodendrocytes -Cellules épendymaires 5 1ere grande composante: Les astrocytes (cellules gliales) Les plus nombreuses des cellules gliales (divers types) Entre les neurones Plusieurs fonctions: -Nourrissent, supportent et protègent -Ont un rôle dans la transmission synaptique -Contrôle la concentration extracellulaire de certaines substances Astrocytes participate in all essential CNS functions, including blood flow regulation, energy metabolism, ion and water homeostasis, immune defence, neurotransmission, and adult neurogenesis. Oberheim et al. 2012;814:23-45. 6 Rôles associés aux astrocytes Le ratio astrocytes/neurones et la forme des astrocytes seraient en relation avec la complexité de l’organisme vivant Forme des astrocytes : Homme vs Souris Nombre d’astrocytes par neurone corps cellulaires neurones astrocytes Nedergaard, Ransom et Goldman, 2003 Oberheim et al. 2006 Plusieurs types d’astrocytes 7 2e composante: Les microgliocytes (cellules gliales) Cellules qui assurent la défense immunitaire du SNC un cerveau en action-production de déchet Fonction de Phagocytose : Les microgliocytes contiennent des lysosomes : - Éliminent les débris de cellules mortes («digestion cellulaire») - Détruisent les micro-organismes envahisseurs Microgliocyte Neurone 8 3e composante: Les oligodendrocytes (cellules gliales) - Système nerveux central (SNC): Oligodendrocytes Gaine de myéline axonale : -Entoure l’axone du neurone -Formée d’oligodendrocytes (SNC) - Jonction entre les cellules : nœud de Ranvier aider à la prolifération n... 9 4e composante: Les cellules épendymaires (cellules gliales) Cellules qui recouvrent les cavités ventriculaires du SNC Fonctions : Assurer la circulation du liquide céphalo-rachidien (LCR) Image: http://www.inserm.fr/tout-en-images/cellules-gliales-et-neurones Inserm, Yasmina Saoudi 10 Le Neurone 85 milliard dans un Corps humain Formée par les oligodendrocytes 12 Neurone oligodendrocyte 3 parties majeures Soma/corps cellulaire Soma Axone Dendrites (c Intégration des signaux; Maintenance du neurone - Émission de signaux vers d’autres cellules, gaine de myéline Réception des signaux chimiques des autres cellules 13 Pas a nous l'examen , sauf si elle le mentionne. Le neurone et ses organites Noyau : Code génétique (chromosomes) Mitochondrie : Produit de l’énergie (ATP) à partir d’oxygène et de glucose Réticulum endoplasmique rugueux (corps de Nissl) Synthèse protéique par les ribosomes (+ abondant dans les neurones que tout autre type de cellule) Réticumum endoplasmique lisse (fixé à l’appareil de Golgi) : Sans ribosome, Synthèse d’hormones, stéroides et de lipides Appareil de Golgi : Stockage des protéines synthétisées; prépare les vésicules pour le transport Microtubule : Transport dendritique/axonal de substances (ex. protéines pour former les neurotransmetteurs dans les boutons terminaux) Neurofilament: Charpente de support 14 Neurone et classification Plusieurs types de neurones Classification selon les aspects structurels Nombre de neurites Arborisation des dendrites & Forme du soma Neurone pyramidal pseudo Neurone étoilé La plupart des neurones 15 Le neurone Unité de communication Le neurone est électro-chimique 16 Image de Greg Dunn repéré ici : https://chroniques-architecture.com/neurones-les-intelligences-simulees-des-oeuvres-et-une-fiction/ Potentiel de repos et Potentiel d’action Un potentiel c'est : Une distribution différentielle des charges électriques de part et d’autre de la membrane. Les cellules qui sont susceptibles de générer des potentiels d’action ont une membrane dite excitable. Potentiel d' action (PA) = changements au niveau de la membrane du neurone. 2 états 17 Le potentiel de repos Différence de potentiel électrique en l'absence de stimulation -70 L’intérieur du neurone est plus négatif que l’extérieur 4 catégories d’ions Na+ (sodium) K+ (potassium) Cl- (Chlore) A- (protéines) Le neurone est dit polarisé Il dispose d'une charge électrique 18 Potentiel de repos Des forces homogénéisantes et les propriétés de la membrane neuronale déterminent la distribution des ions de part et d’autre de cette dernière 2 facteurs qui le maintienne. Membrane semi-perméable 1) 2 forces homogénéisantes 2) 2 propriétés de la membrane neuronale 19 Les forces homogénéisantes : charges électriques Gradient de concentration => Force de diffusion Les molécules ont tendance à se distribuer également dans un milieu Mouvement aléatoire 20 Les forces homogénéisantes : charges électriques Gradient de charge => Force électrostatique Les ions de mêmes charges se repoussent, ceux de charges différentes s’attirent 21 Alors pourquoi -70 mV au potentiel de repos? 1) Membrane semi-perméable Processus Passif Processus qui ne requiert pas d’énergie de la cellule Au repos, les ions K+ et Cl- passent aisément la membrane (canaux ioniques relativement ouverts) Les ions Na+ passent difficilement (canaux ioniques moins ouverts) Les A- restent à l’intérieur 2) Pompe Sodium-Potassium (Na+/K+) Processus qui demande de l’énergie à la cellule Rejette vers l’extérieur les ions Na+ qui réussissent à entrer Renvoie vers l’intérieur les ions K+ qui réussissent à sortir 22 - La membrane cellulaire du neurone + Couches de Phospholipides (2) Canaux ioniques Canaux ioniques spécialisés Mouvement ionique transmembranaire continuel 23 Alors pourquoi -70 mV au potentiel de repos? 1) Membrane semi-perméable Processus qui ne requiert pas d’énergie de la cellule Au repos, les ions K+ et Cl- passent aisément la membrane (canaux ioniques relativement ouverts) Les ions Na+ passent difficilement (canaux ioniques moins ouverts) Les A- restent à l’intérieur 2) Pompe Sodium-Potassium (Na+/K+) Processus Actif Processus qui demande de l’énergie à la cellule Rejette vers l’extérieur les ions Na+ qui réussissent à entrer Renvoie vers l’intérieur les ions K+ qui réussissent à sortir 24 - Expériences de Hodgkin et Huxley (Années 50) Mécanisme actif impliqué dans le maintien du potentiel de repos. Celui-ci sort constamment les ions de Na+ et entre les K+  3 Na+ pour 2 K+ 3 Na+ out pour 2 K+ in Pas apprendre raisons c'est les pourquoi comme ca. savoir mais est la et son qu'elle fonctionnement 25 Le neurone et le maintien du potentiel de repos Le gradient de concentration (force de diffusion) Le gradient de charge (force électrostatique) La membrane semi-perméable (processus passif) La pompe sodium-potassium (processus actif) Ces quatres éléments maintiennent le potentiel de repos du neurone Que se passe-t-il lorsque le neurone bascule dans son autre état, celui dit en action Le neurone et le potentiel d’action 26 Le neurone 2 états repos et action Maintien du potentiel de repos Le gradient de concentration (force de diffusion) Le gradient de charge (force électrostatique) La membrane semi-perméable (processus passif) La pompe sodium-potassium (processus actif) Le potentiel d’action 27 Le mode de communication du neurone Électro-chimique  Le neurone émet un potentiel d'action (PA) (phase électrique)  À l'issue du PA, il y a la libération de neurotransmetteurs via la transmission synaptique (phase chimique)  Ces signaux seront captés par le neurone suivant et ils induiront ce qu'on appelle des réponses graduées (PPSE-PPSI) (phase électrique)  Si la modification du potentiel électrique du neurone est suffisant (dépasse un certain seuil), le 2e neurone générera aussi un potentiel d'action  Et ainsi de suite, …. 28 Le neurone est électro-chimique Nous verrons maintenant ces 3 éléments: Potentiel d'action (PA) (électrique) Transmission synaptique (chimique) PPSE/PPSI (électrique) chimique Transmission synaptique PA électrique PPSE/PPSI électrique PPSE/PPSI Et ainsi de suite, …. Transmission synaptique PA Canaux ioniques voltage-dépendant Canaux ioniques ligand-dépendant Neurotransmetteur (ligand) pause Le potentiel d’action PA 31 Du potentiel de repos au potentiel d’action Si le potentiel membranaire passe de -70mV à -65mV au niveau du segment initial de l’axone: Un Potentiel d’Action (PA) sera généré Potentiel de la membrane Les phases du potentiel d’action +50mV 0mV -65mV -70mV Modification de la polarité qui déclenchera le PA membrane à +50mV Le potentiel d’action correspond à un bref renversement du potentiel de repos 32 Loi du tout-ou-rien / Non-décrémentiel 33 Les périodes réfractaires (PR) - Période réfractaire absolue : - Incapacité de générer un PA D = depuis l’atteinte du seuil de décharge jusqu’à la repolarisation au potentiel de repos - Période réfractaire relative : Durée du PA : 1ms Durée du PR : 1-2ms Voltage (µV) -Nécessité de dépolarisation supérieure pour atteindre le seuil de décharge -Durant l’hyperpolarisation F = depuis la fin de la repolarisation (E) jusqu’à la stabilisation au potentiel de repos (H) un moment ou le neurone pourrait encore répondre. 34 La propagation du PA Conduction axonale saltatoire Seuil atteint = PA Le PA généré se propage que dans une direction : Il ne peut pas revenir en arrière Axones myélinisés, PA "saute" de nœud en nœud La vitesse dépend : grosseur des axones, présence de myéline 35 Comportement électrique des neurones Un potentiel d'action (PA) a toujours la même amplitude (non décrémentiel) La fréquence des potentiels d’action traduit l’intensité de l’activité neuronale Stimulation électrique Stimulation électrique Stimulation électrique chaque pointe est une nouvelle. fréquence PPSE -70 mV Plus la entre fréquence les est élevé, plus il y a des communication neurone 36 La transmission synaptique 37 Le neurone est électro-chimique chimique Transmission synaptique PA électrique PPSE/PPSI électrique PPSE/PPSI Et ainsi de suite, …. Transmission synaptique PA Canaux ioniques voltage-dépendant Canaux ioniques ligand-dépendant Neurotransmetteur (ligand) 38 Transmission Synaptique Deux types de synapses Les synapses électriques on le voit ? dentritique Somatique axoaxonique pas vraiment celui-ci Via des jonctions dites étroites (3nm) = échange d’ions Les synapses chimiques Chez l’être humain: type de synapses en écrasante majorité Membranes pré et post-synaptiques séparées de 20-50nm Divers types de neurotransmetteurs permettent la communication 39 Transmission synaptique Dépolarisation du bouton terminal provoquant l’ouverture de canaux calciques voltage-dépendants, donc l'entrée de Ca2+ Exocytose : Fusion des vésicules sur la membrane présynaptique et libération des neurotransmetteurs dans l'espace synaptique Liaison des neurotransmetteurs aux récepteurs post-synaptiques (l’info va à l’autre neurone) 40 Transmission synaptique Récepteur: protéine associée à une catégorie de neurotransmetteurs ionotrope Liaison neurotransmetteur-récepteur => Ouverture d’un canal chimio-dépendant Réponse instantanée 41 Transmission synaptique Liaison des neurotransmetteurs aux récepteurs post-synaptiques Mais aussi : Dégradation enzymatique Recapture pré-synaptique Liaison à un autorécepteur Diffusion passive 42 Plusieurs types de neurotransmetteurs et de neuropeptides 43 Systèmes de neurotransmission 44 Les PPSE et PPSI 45 Le neurone est électro-chimique chimique Transmission synaptique PA électrique PPSE/PPSI électrique PPSE/PPSI Et ainsi de suite, …. Transmission synaptique PA Canaux ioniques voltage-dépendant Canaux ioniques ligand-dépendant Neurotransmetteur (ligand) 46 Réponses Graduées et Décrémentielles Potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) : - Liaison de neurotransmetteur excitateur à un récepteur postsynaptique -Ouverture de canaux sodiques chimio-dépendants : Entrée de Na+ -Dépolarisation membranaire (-70 mV vers le positif) -Augmente la probabilité d’émission des PA - Potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) : -Liaison de neurotransmetteur inhibiteur à un récepteur postsynaptique -Ouverture de canaux chloriques/potassiques chimio-dépendants : Entrée de Cl- ou Sortie du K+ -Hyperpolarisation membranaire (-70 mV vers le négatif) -Diminue la probabilité d’émission des PA 47 Comment un PA est généré ? Potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) dépolarise + Potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) - hyperpolarise Potentiel d'Action (PA) 48 Intégration Combinaisons des potentiels Addition dans l’espace (sommation spatiale) Addition dans le temps (sommation temporelle) Le PA est une réaction du tout ou rien déclenchée par des réponses graduées (PPSE) PPSE/PPSI : Décrémentiel 49 Exemples Sommation spatiale Sommation temporelle 50 Simplification des divers mécanismes Certaines exceptions/variations 51 Important à comprendre Diapositive supplémentaire Aide à la compréhension pour les PA vs PPSE/PPSI PA (Potentiel d'action) PPSE/PPSI Propagation non-décrémentiel (loi du tout-ou-rien) Propagation décrémentiel (s'atténue de façon exponentielle avec l’éloignement de leur site de production) Processus actif : mode de fonctionnement/communication du neurone Canaux ioniques : Voltage-dépendant Processus passif : le neurone reçoit ses signaux en provenance d'autres neurones Canaux ioniques : P.ex. ligand-dépendant (le message chimique se transforme en énergie électrique) 52 Enfin, mentionnons que les molécules actives (par exemple les drogues, médicaments) viennent modifier la transmission synaptique d'un ou de plusieurs types de neurotransmetteurs 53 Facilitation et inhibition de la transmission synaptique - Mécanismes agonistes à un neurotransmetteur (augmente la transmission): - Promotion de la synthèse du neurotransmetteur -Inhibition d’enzymes de dégradation du neurotransmetteur Une drogue/molécule active module la transmission synaptique -Mécanismes antagonistes à un neurotransmetteur (diminue la transmission): -Inhibition de la synthèse du neurotransmetteur - Promotion d’enzymes de dégradation du neurotransmetteur -Augmentation de la libération de neurotransmetteur -Blocage de l’exocytose - Blocage des autorécepteurs -Blocage de récepteurs postsynaptiques - Activation de récepteurs postsynaptiques -Activation des autorécepteurs -Blocage de recapture présynaptique - Promotion de la recapture présynaptique - 54 Système dopaminergique système de la récompense Molécules actives qui augmentent la transmission dopaminergique Effets agonistes *Nicotine, THC, Cocaine, Amphétamine, Héroine/Opiacés Exemples supplémentaires: Café : Mécanismes Adénosinergiques (antagoniste) Botox : Acétylcholine (paralysie musculaire - antagoniste) Traitement L-DOPA - Maladie Parkinson (agoniste DA) 55 Résumé: SNC : substance blanche, substance grise, système ventriculaire Cellules gliales (névroglie) et les Neurones Neurones (unité fonctionnelle du cerveau) – différents types, différents organites – Potentiel de repos 2 forces homogénéisantes; Membrane semi-perméable (passif); la Pompe SodiumPotassium (processus actif) – Potentiel d’action Le seuil d’excitation, les différentes phases La propagation des PA et la conduction saltatoire – – Les synapses et la transmission synaptique Différents types de neurotransmetteurs et de neuropeptides – Les réponses graduées (PPSE, PPSI) (transformation de la réponse chimique en potentiel électrique) – Effets agonistes /antagonistes des drogues sur la transmission synaptique 56 Diapositives supplémentaires Pas matière à examen 59 Illustration Microfilament/Neurofilament Illustration Wikipedia 60 Transmission synaptique Boutons terminaux a) a) Synthèse des Neuropeptiques b) Synthèse des amines et acides aminés (neurotransmetteurs) b) b) Phénomène de colocalisation 61 Il y a des canaux ioniques voltage-dépendant : PA Il y a des canaux ioniques chimio-dépendant : transmission synaptique Le message du PA est éléctrique, il se transforme en réponse chimique par la libération des neurotransmetteurs. La transmission synaptique permet au second neurone d'émettre une réponse électrique qui est soit PPSE ou PPSI La boucle continue jusqu'à ce qu'un autre PA soit émis, se propage, induit l'exocytose, etc 62 course Développement du système nerveux ↑ Neuroembryologie Cours # 3 Perspective globale des prochains cours Cours 2 Cours 3 neurones & cellules gliales neuroembryologie Cours 4 développement du SN Régions et fonctions Macroanatomie Régions & fonctions Cours 5 Systèmes fonctionnels (somesthésique, moteur, visuel) 2 Plan Neuroembryologie (le développement du SNC) Partie 1 – Gastrulation, neurulation – Trouble de fermeture tube neural – Les vésicules primitives et les étapes de différenciation Partie 2 – Quelques faits – Phases de développement du cerveau (prolifération, migration, différenciation) – Genèse de connexions neuronales (croissance de l'axone, synaptogenèse) – Optimisation des réseaux / Réorganisation synaptique – Période critique (ex. du système visuel) 3 Tout commence par la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovule formant ainsi une cellule que l’on appelle un zygote (œuf fécondé). Division cellulaire Boyer et Boyer 2009 De cette cellule originelle naîtront des milliards d'autres cellules, chacune ayant une fonction bien précise et irremplaçable. 4 Gastrulation 3 semaines 3 couches Mise en place des tissus fondamentaux de l’embryon Gamètes => Zygote => Embryon => Foetus Vers 12 Semaines * Se L’embryon est un disque plat formé de trois couches : - Ectoderme : Peau et système nerveux - Mésoderme : Os et les muscles - Endoderme : Viscères rappeler des 3-3 3 semaines · · · sconches 3 grandes Catégories (tube neural) (crète 5 neural) Processus de Neurulation 22 jours après conception Plaque neurale vers Tube neural Chorégraphie de fermeture du tube sur lui-même Formation du tube neural et des crêtes neurales Endoderme : Viscères (organes internes) Mésoderme : 33 vertèbres (Os) et les muscles squelettiques (Somites) Ectoderme : Peau et système nerveux central (tube neural) Système nerveux périphérique (crête neurale) Le tube neural lui-même forme la base de ce qui deviendra le système ventriculaire 6 Fermeture du tube neural & problèmes associés à une fermeture non-complète Neurulation : Dépend de l’expression séquentielle de gènes Extrêmement sensible à l’environnement chimique Région du cerveau Région de la moelle épinière normal anencéphalie spina bifida ↓ Défaut de fermeture : 1/500 (la plupart du temps associé à une carence acide folique) qu'on prend de l'acide C'est Administration acide folique pour ca. foetus pas viable fausse couche not velle on Conditiondifficie par et provoque Défaut fermeture antérieure Défaut fermeture partie caudale. folique enceinte 1 Réduit 90% trouble de fermeture Spina bifida : Problèmes moteurs, sensoriels, contrôle des sphincters, retards mentaux 7 Différenciation: Processus par lequel les structures deviennent plus élaborées et se spécialisent au cours du développement Règle générale le développement des organismes vivants suit certaines règles: Développement céphalo-caudal (cerveau avant moelle) Proximo-distal (du centre vers la périphérie) Du simple vers le complexe (tant dans l'organisation nerveuse que cognitive ou intellectuelle) Le tube neural se différencie, se développe Dès la 3ième semaine Extrémité rostrale du tube neural se développe en 3 renflements: ↓ Les vésicules primitives du tube neural 9 PROSENCÉPHALE/CERVEAU ANTÉRIEUR Différenciation : diencéphale, vésicules optiques et télencéphaliques éventuellement les émisphère Bourgonnement des vésicules secondaires: optiques et télencéphaliques éventuellement les yeux Développement précoce des yeux – SNC Vésicules optiques : rétines et nerfs optiques couperelle La structure du milieu = diencéphale (e.g. partie située entre les hémisphères) pédoncule rétine nerf optique 10 PROSENCÉPHALE/CERVEAU ANTÉRIEUR Différenciation des vésicules télencéphaliques (télencéphale) en 4 étapes: 1. Les vésicules télencéphaliques s’agrandissent au dessus du diencéphale (deviendront les hémisphères cérébraux) 2. Une autre paire de vésicules apparait et donnera naissance aux bulbes olfactifs (engagés dans la détection des odeurs) 11 PROSENCÉPHALE/CERVEAU ANTÉRIEUR Différenciation des vésicules télencéphaliques (télencéphale) en 4 étapes: 3. Le télencéphale se complexifiera et donnera naissance à diverses structures : Télencéphale – Cortex cérébral (structure qui s’est le +développée au cours de l’évolution de l’être humain) Télencéphale basal (regroupements de noyaux de substance grise situés à l’intérieur de l’encéphale sous-cortical) Le diencéphale se différenciera: Thalamus – noyaux voies sensorielles (sauf odorat); Hypothalamus – fonctions vitales (faim, soif, température, axe HPA) 4. La substance blanche se développe Tous les axones du cerveau antérieur s’allongent pour communiquer avec les autres parties du SN 12 DIFFÉRENCIATION DU CERVEAU MÉDIAN / MÉSENCÉPHALE  TECTUM (Dorsal – “toit”) Colliculi supérieurs (mouvement des yeux) Colliculi inférieurs (information auditive)  TEGMENTUM (Ventral) Substance noire (mouvement volontaire, dégénérescence, parkinson) Substance rouge (mouvement volontaire). Le mésencéphale assure le passage de fibres très importantes (du cortex à la moelle et de la moelle au cortex). Les axones qui y descendent représentent plus de 90% des 20 millions d’axones – ils iront former des synapses sur les neurones d’une structure du cerveau postérieur - le pont). Une lésion à ce niveau (lésion des faisceaux) conduit à : Perte de la motricité (faisceau corticospinal) ou des sensations Tectum Tegmentum 13 DIFFÉRENCIATION DU CERVEAU POSTÉRIEUR RHOMBEMCÉPHALE mésencéphale métencéphale myélencéphale 4e ventricule Dorsal Ventral 3 semaines 5 semaines 3 semaines 5 semaines Métencéphale : Cervelet & Pont Myélencéphale : Bulbe rachidien Les lèvres rhombencéphaliques se développent jusqu’à la fusion des 2 renflements qui deviendra le cervelet Faisceaux d’axones (matière blanche) Pyramides bulbaires 14 CERVEAU POSTÉRIEUR /RHOMBEMCÉPHALE Voie importante de l’information depuis le cerveau jusqu’à la moelle et vice versa Traitement de l’information sensorielle, contrôle du mouvement volontaire et régulation du système nerveux autonome.  Cervelet (métencéphale):      contrôle du mouvement reçoit informations sensorielles sur la situation du corps dans l’espace reçoit l’information du cortex via pont coordonne les deux types d’informations Atteinte: contrôle désordonné et inadapté  Pont (métencéphale):  communique l’information du cortex au cervelet 15 CERVEAU POSTÉRIEUR /RHOMBEMCÉPHALE Traitement de l’information sensorielle, contrôle du mouvement volontaire et régulation du système nerveux autonome.  Bulbe rachidien (myélencéphale):     Fonctions sensorielles et motrices Faisceau corticospinal (aussi appelé pyramidal) Contrôle moteur volontaire Aussi transfert de l’information somesthésique (l’une des principale voie).  L’information passe du coté controlatéral  Décussation des pyramides (croisement) **explique pourquoi hemisphère gauche traite l’information en provenant du côté droit du corps et vice versa Controlatéral: côté opposé p/r à la ligne médiane (du centre) Ipsilatéral: du même côté p/r à la ligne médiane 16 Différenciation de la moelle épinière (partie caudale du tube neural) Cellules de la corne dorsale recoivent info sensorielles à partir des fibres des racines dorsales; Cellules de la corne ventrale projettent leurs axones dans les racines ventrales et innervent les muscles (fonction motrice); Zone intermédiaire : interneurones qui structurent réponses motrices en réponse aux info sensorielles et ordres venus du cerveau. Boucles réflexes (1ere analyse information sensorielle - neurones de la matière grise – réflexes simples). 17 Le développement du cerveau Le cerveau se développe à partir des parois des 5 vésicules formant le système ventriculaire. Ventricule latéral Système Ventriculaire 3e ventricule Canal spinal Aqueduc cérébral 4e ventricule Bulbe Canal spinal synonyme Canal épendyme Aqueduc cérébral synonyme Aqueduc de Sylvius La différenciation des vésicules primitives du tube neural est ce processus par lequel les structures deviennent de plus en plus élaborées et se spécialisent au cours du développement. 19 pause Quelques faits  Chez l’être humain, presque tous les neurones se forment entre la 5ième semaine au 5ième mois de grossesse.  Au début de la grossesse, il peut y avoir naissance de 250 000 neurones par minute.  Il y avait controverse à savoir si de nouveaux neurones peuvent se former dans le cortex après la naissance (ne permettant pas de remplacer la perte).  Études récentes: nouveaux neurones dans hippocampe après la naissance (neurogenèse).  À la naissance, le cerveau pèse 1/3 de son poids adulte. Le cerveau doublera de volume lors de la première année de développement. 21 différenciation cellulaire 22 Prolifération Origine des neurones et des cellules gliales Les progéniteurs se diviseront et ils seront à l’origine de tous les neurones et les cellules gliales du cortex cérébral Spécifique au neurone ensemble de cellule nerveuse Une même cellule souche donnera naissance à des progéniteurs gliaux et neuronaux Les progéniteurs se différencieront sous l'influence de signaux inducteurs 23 À un stade très précoce du développement, il existe que 2 couches aux parois du tube neural. Vers l’intérieur des vésicules = la zone ventriculaire Vers la surface externe sous la pie-mère (méninge) = la zone marginal Au début, il y a plusieurs centaines de cellules, division cellulaire nécessaire (multiplication) Pour arriver à plusieurs milliards Un ballet cellulaire permettra la mise en place des neurones et des cellules gliales. Prolifération cellulaire 1- Une cellule de la zone ventriculaire envoie des projections vers la région périphérique, en direction de la pie-mère (méninge) Ballet cellulaire 2- Le noyau de la cellule lui-même migre vers la périphérie, à distance de la surface ventriculaire vers la pie-mère, le noyau subit une réplication de l’ADN 3- Le noyau, contenant 2 copies complètes des instructions génétiques revient en arrière vers la surface ventriculaire 4- La cellule rétracte ses projections périphériques 5- La cellule se divise en 2 Duplication de l’ADN en zone marginale Mitose (division cellulaire) en zone ventriculaire 25 Prolifération cellulaire Division cellulaire symétrique et asymétrique * connaitre la différence entre les 2. - Division symétrique (vertical) : Donne 2 cellules filles Restent et se divisent à nouveau + au début - Division asymétrique (horizontal): Donne une cellule fille et une cellule souche qui demeure en zone ventriculaire La cellule fille migre + à la fin Les progéniteurs sont formées dans la zone ventriculaire 26 2- Migration cellulaire Glie radiaire = prolongements de cellules gliales qui constituent la trame de base à la construction du cortex -Neuroblaste : Neurone non-différencié, avec neurites (jeune neurone) -Neurites : -Futurs dendrites et axone nondifférenciés sur un neuroblaste 27 2 - Migration cellulaire La différenciation de la plaque corticale s’effectue d’abord aux couches internes, puis vers les couches externes V < 19 plus. interne La sous-plaque corticale va éventuellement disparaître Cortex cérébral : 6 couches Couche 6 la plus interne Cytoarchitecture complexe : Cellules pyramidales Étoilés Interneurones Neuroblaste migre et trouve sa destination 28 3- Différenciation cellulaire Le neurone se différencie et émet des prolongements axonaux et dendritiques (d’abord appelés neurites) Processus par lequel un neuroblaste devient un neurone sur des aspects morphologiques et physiologiques - Les neurites deviennent l’axone et les dendrites - La différenciation débute après la division asymétrique et se poursuit alors que le neuroblaste rejoint la plaque corticale neurite dendrites neurite C’est seulement lorsque le neuroblaste rejoindra sa destination qu’il deviendra un neurone 29 Neurones ou cellules gliales Les progéniteurs se différencieront sous l’influence de signaux inducteurs 1) Des signaux inducteurs génétiques (selon le moment de la génèse – moment de la naissance) 2) Des signaux environnementaux (selon l’endroit de la génèse - localisation au moment de la division ; aussi selon l’ environnement extra-cellulaire au moment de la division) Les neurones pyramidaux corticaux et les astrocytes proviennent de la zone ventriculaire du télencéphale dorsal Les oligodendrocytes proviennent de la la zone ventriculaire du télencéphale ventral 30 différenciation cellulaire Les neurones devront établir des connexions avec les autres neurones Création des réseaux neuronaux Connexions neuronales 31 Genèse des connexions neuronales Différenciation – Émettre des axones aux cibles appropriées Développement d’un vaste réseau de connexions qui se fera en 3 phases, selection du trajet, selection de la cible et choix de la destination finale. Communication nécessaire entre les cellules (les axones doivent trouver leur cible appropriée) Communication qui s’effectuera de plusieurs façons - contact cellule à cellule - contact cellule-environnement - communication à distance (substance chimique) Environnement chimique Au fur et à mesure qu’une voie se forme, il s’établit une communication entre les neurones (électrique & chimique) Croissance de l’axone (Cône de croissance)  Lamellipodes: Structures externes au cône qui ondulent en vagues rythmiques : étalement du cone  Filopodes: Structures externes au cône qui s’étirent et se contractent pour explorer environnement  Croissance du neurite: lorsqu’un filopode, plutôt que de se contracter, s’accroche au substrat et étire le cône de croissance. Neurites: dendrites et axone non-différenciés sur un neuroblaste La croissance axonale aura lieu seulement si les protéines fibreuses déposées entre les cellules (ce que l’on appelle la matrice extracellulaire) sont appropriées. 33 Croissance de l’axone Processus de guidage – autoroute moléculaire /interaction moléculaire (substrats permissifs ou répulsif) – corridor de croissance Substrat permissif Laminine : Glycoprotéine de la matrice extracellulaire Intégrines : Famille de protéines synthétisées par le cône de croissance se liant à la laminine 34 Croissance de l’axone Processus de Fasciculation: Formation d’un faisceau axonal (voie axonale) est facilitée par ce processus - Tendance des neurones qui poussent ensembles à s’assembler les uns aux autres grâce aux molécules d’adhésion cellulaire (CAMs) Axones pionniers qui guideront les autres 35 Croissance de l’axone Les axones sont attirés ou repoussés au cours du développement par l’action coodonnée des facteurs attractifs et répulsifs. L’hypothèse de chémoaffininité – Marqueur moléculaires présents sur les axones en croissance qui s’associent au marqueurs présents au niveau des cibles 36 Synaptogénèse Genèse (e.g. apparition/création) des connections neuronales Quand les axones atteignent leur cible, ils trouvent un environnement, une matrice extra-cellulaire qui retarde/freine leur croissance. Lorsque le cône de croissance entre en contact avec sa cible = il s’applatit afin de former une synapse. Interaction cône de croissance et membrane de la cible 37 Élimination des cellules et des synapses La matrice extra-cellulaire est également un signal inducteur au nombre de neurones qui demeurent après une prolifération cellulaire massive. Les facteurs trophiques (de croissance) = protéines de la matrice extra-cellulaire activant des récepteurs sur les neurones et stimulant leur croissance Il y a compétition pour les facteurs trophiques dont la quantité est déterminée génétiquement. Les connexions sont affinées, réorganisation synaptique en fonction des besoins. Mort neuronale sélective/programmée = apoptose Mort neuronale accidentelle (atteinte cellulaire) = nécrose 38 Réorganisation des connexions synaptiques Exemple neuromusculaire: Jonction neuro-musculaire Au début, beaucoup de motoneurones font jonctions sur les muscles. Après reorganisation synaptique liée à l’activité électrique (stimulation) qui module les connexions, 1 seul motoneurone fait jonction par muscle. Adaptation en fonction des besoins (et efficacité) Étape finale dans le processus de selection et de la destination finale des synapses.  Elle est une conséquence de l’activité neuronale  Essentiellement avant la naissance: décharge spontanée des neurones (endogène/génétique)  Essentiellement après la naissance: dépend largement de l’expérience sensorielle durant l’enfance (exogène/environnemental) 39 Principes de réorganisation synaptique de Hebb / Plasticité cérébrale: « neurons that fires together, wires togethers » Les synapses qui déchargent ensemble forment des circuits préférentiels. L’activation d’une synapse la stabilise et cette connexion constituera un circuit préférentiel. Donald O. Hebb 1904-1985 Modification de la capacité synaptique est liée à l’activité du neurone. Capacité synaptique limitée Capacité synaptique + forte aux 1eres phases du développement Le principe de Hebb explique la réorganisation synaptique lors du développement et de l’apprentissage. 40 Étude de Wiesel et Huber Effets de la privation visuelle monoculaire chez le macaques. Formation des colonnes de dominance oculaire cortex visual primaire Premier relai au CGL Cortex visuel (lobe occipital, couche IV) Dans la couche IV, l’information des yeux est séparée. Si privation stimulation visuelle : Modification dans couche de dominance visuelle. Importance de la stimulation visuelle Cortex visuel primaire du macaque normal Période critique Période développementale pendant laquelle les signaux inducteurs externes; une stimulation environnementale est requise pour assurer un développement normal Période critique système visuel chez macaque : 6 semaines 41 Cours4 Neuroanatomie du système nerveux central et périphérique Cours #4 1 Plan Terminologie en neuroanatomie – Orientations neuroanatomiques – Direction des influx nerveux – Plan de coupes Organisation générale du système nerveux – SNC & SNP – Divisions et structures générales Subdivisions du système nerveux central SNC – Télencéphale, diencéphale, tronc cérébral et moelle épinière – Divisions du cortex en lobes – Structures corticales et sous-corticales et leurs fonctions grossières Subdivisions du système nerveux périphérique SND – Système nerveux somatique & autonome Somesthésique et moteur Parasympathique et sympathique Rexamen 2 Orientations neuroanatomiques Plan de coupes Direction des influx nerveux TERMINOLOGIE EN NEUROANATOMIE 3 Les orientations neuroanatomiques Dorsal/ Supérieur Antérieur ou rostral Postérieur ou caudal Ventral/ Inférieur Latéral Antérieur ou rostral Médian Postérieur ou caudal 4 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) [Image modifiée] Source: Anatomy & physiology Les orientations neuroanatomiques Cerveau humain ≈ 90° Latéral Antérieur ou rostral Médian Postérieur ou caudal Latéral Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) 5 Les plans de coupes Coupe horizontale (axiale) – Coupe horizontale ventrale – Coupe horizontale dorsale Coupe coronale (frontale) – Coupe coronale antérieure – Coupe coronale postérieure Coupe sagittale (médiane) – Mid sagittale – Parasagittale 6 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) Directions des signaux nerveux Afférent: SNP > - SNC Du système nerveux périphérique vers le système nerveux central – Ex. : Ressentir les touches du clavier sous ses doigts Efférent: SNC > - SND Du système nerveux central vers le système nerveux périphérique – Ex. : Donner la commande motrice à ses doigts pour écrire sur un clavier 7 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) Directions des signaux nerveux Ipsilatéral : Du même côté par rapport à la ligne médiane du corps Controlatéral : cortex cérébrale qui envoie l'information ex : les. Côté opposé par rapport à la ligne médiane du corps 8 Système nerveux central et périphérique Divisions et structures générales ORGANISATION GÉNÉRALE DU SNC 9 Divisions du système nerveux Système nerveux central (SNC) – Encéphale – Moelle épinière Système nerveux périphérique (SNP) – Nerfs crâniens – Nerfs spinaux – Ganglions spinaux *SNP relie le SNC au corps 10 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) Divisions du système nerveux Le système nerveux central (SNC) 1. 2. 3. 4. 5. Le télencéphale Cerveau Le diencéphale Encéphale Le tronc cérébral Le cervelet La moelle épinière Le système nerveux périphérique (SNP) I. Le système nerveux somatique (SNS) II. Le SNS somato-sensoriel Le SNS moteur Le système nerveux autonome (SNA) Parasympathique Sympathique 11 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) 12 Source: L’univers de la psychologie Structure générale du SNC Il est constitué de: Matière grise – Rassemblement de corps cellulaire (de neurones) – Cortex et noyaux Matière blanche – Fibres nerveuses myélinisées (oligodendrocytes) – Rassemblement d’axones Il est entouré et protégé par: – Les méninges (3) – Le liquide céphalo-rachidien (LCR) Sources des images : Human anatomy and physiology (9th ed.); Neuroscience : exploring the brain (4th ed.); Le visuel du corps humain, Québec Amérique 13 Les méninges En plus du crâne, trois couches de tissus protègent le SNC. 1. 2. 3. La dure-mère : protège l’encéphale et la moelle contre les lésions forme de d'araigné L’arachnoïde : forme un espace permettant la circulation du LCR La pie-mère : épouse la forme du SNC et permet la vascularisation en toile 14 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) [Image modifiée] Les méninges dans la moelle 15 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) [Image modifiée] Le liquide céphalo-rachidien Tout le SNC baigne dans le liquide céphalo-rachidien (LCR) Le liquide est produit par les plexus choroïdes, situés principalement dans les ventricules latéraux Il circule tout autour du cerveau dans l'espace sousarachnoïdien ainsi qu'à travers les ventricules et le canal de l'épendyme de la moelle épinière Fonctions : Absorbe les chocs subis à la tête, établit une pression constante dans le crâne, sert d'intermédiaire dans les échanges entre le sang et les tissus cérébraux, allège le poids du cerveau, évacue les déchets métaboliques 16 Les ventricules cérébraux Les ventricules cérébraux sont des cavités qui permettent la circulation du liquide céphalo-rachidien (LCR) ou monroe 17 Source: Neuroscience (5th ed.) [Image modifiée] Télencéphale, diencéphale, tronc cérébral et moelle épinière Divisions du cortex en lobes Structures corticales et sous-corticales et leurs fonctions grossières SUBDIVISIONS DU SNC 18 Subdivisions du SNC Le système nerveux central (SNC) 1. 2. 3. 4. 5. Le télencéphale Le diencéphale Le tronc cérébral Le cervelet La moelle épinière 19 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) Le cortex cérébral Le cortex cérébral représente de manteau cellulaire superficiel du cerveau Il est organisé en 6 couches cellulaires ayant des rôles différents Il est le niveau hiérarchique le plus élevé du système Couches nerveux I II III IV V VI 20 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Macro-divisions anatomiques du cortex Le cortex est divisé en 5 lobes: 1. 2. 3. 4. 5. Frontal Pariétal Temporal Occipital Insulaire mémoire , aspect moteur , tout se qui est sensoriel audition , mémoire info Visuel. mécanisme émotionnelle 21 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Le cortex cérébral Le cortex est morphologiquement caractérisé par: 1. Gyrus/circonvolution : Replis sur la surface du cortex 2. Sillons : Rainures superficielles séparant les gyri 3. Scissures/fissures : Rainures profondes séparant les lobes (mais pas toujours) Scissure Gyrus Sillon 22 Source: Neuroscience : Human anatomy and physiology (9th ed.) Macro-divisions anatomiques du cortex Sillon central Scissure longitudinale Scissure de Sylvius Sillon Rolandique = Sillon central Scissure latéral = Sylvius Scissure Interhémisphérique = longitudinal 23 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Macro-divisions anatomiques du Scissure cortex calcarine Les deux hémisphères cérébraux sont séparés par la scissure longitudinale Ceux-ci peuvent communiquer entre eux grâce à la plus grande commissure de l’encéphale : – Le corps calleux Permet au émisphère decommunien e 24 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Les fonctions du cortex Pour se faire, il: – – – – – – – Le cortex est le siège des fonctions les plus complexes: – C’est le plus haut lieu d’intégration, de traitement et d’emmagasinage de l’information – C’est aussi le lieu de prise de décision et d’origine des « commandes » Encode et analyse l’information sensorielle Informe les autres systèmes en ayant besoin Intègre et coordonne leurs activités Sélectionne et fait ressortir l’information importante Prends des décisions en fonction de l’ensemble Apprend Emmagasine l’information 25 Source: Neuroscience (5th ed.) Différents types de cortex Système nerveux sensoriel SNS – Encodage/décode les stimulations sensorielles Encodage des représentations sensorielles Aires primaires et secondaires Système nerveux moteur SNM – Représentations des gestes moteurs Aires primaires et secondaires Système associatif SA – Son rôle est plutôt « transmodal » 75% du cortex (domine l’espace du cortex) Quantité plus grande chez l’humain que les autres espèces Fonctions cognitives de haut niveaux 26 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Différents types de cortex cortex 193 Zones beige gustatif ne représente pas 1 en particulier 27 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Différents types de cortex Organisation architectonique – Les aires de Brodmann ↳ Important – Brodmann, K. (1909). Vergleichende Lokalisationslehre der Grosshirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues. Barth. 28 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Les représentations somatotopiques Somatotopie motrice et sensorielle : Cartes topographiques du corps où la quantité de cortex dédié est proportionnelle à la capacité de motricité/sensation de la région concernée. Frontal Pariétal 29 Source: Essential neuroscience Les représentations somatotopiques Y'a des sensible Frontal régions du corps plus. que d'autres e Leregionsdanse corte mains la grande selon partie du corps. Pariétal 30 Pause 31 Le télencéphale Le télencéphale contient: 1. Le cortex cérébral 2. Système limbique 3. Ganglions de la base (régions sous-corticales) 32 on va Le système limbique y revenij Le système limbique est composé d’un ensemble de structures corticales et sous-corticales : – Fornix, Amygdale, hippocampe, cortex cingulaire, Insula, corps mamillaires. Ces structures sont impliquées dans la régulation des comportements motivés (ex. : fuite, combat, alimentation, comportement sexuel, etc.) Le système limbique est communément appelé « cerveau émotionnel » 33 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) Le télencéphale Le télencéphale contient: 1. Le cortex cérébral 2. Système limbique 3. Ganglions de la bases (sous corticales) 34 Les ganglions de la base Les ganglions de la base comprennent : – Le noyau caudé, le putamen, globus pallidus – Sont classiquement reconnus pour leur rôle dans le déclenchement et la régulation des mouvements – Cependant, ils sont également impliqués dans la cognition et les émotions considérant le grand nombre de connexions qu’ils entretiennent avec le cortex préfrontal Dexamen Des lésions des noyaux gris centraux provoquent : 1. 2. 3. Trouble de posture et tonus musculaire Des mouvements involontaires Des lenteurs anormales des mouvements – Ex.: Maladie de Parkinson (démence souscorticale) 35 Source: Neuroscience (5th ed.) Subdivisions du SNC Le système nerveux central (SNC) 1. 2. 3. 4. 5. Le télencéphale Le diencéphale Le tronc cérébral Le cervelet La moelle épinière 36 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) Le diencéphale Sont des structures sous-corticales autour du 3ème ventricule Comprends les structures suivantes: 1. Thalamus 2. Hypothalamus 3. Hypophyse/pituitaire 4. Épithalamus Glande pinéale /épiphyse 37 Le diencéphale 38 Source: Human anatomy and physiology (9th ed.) Le thalamus Structure ovale contenant un ensemble de noyaux Toutes les afférences À retenir ! sensorielles vont au thalamus (sauf l’information olfactive) Station de relais multiples (sensoriel, moteur et cognitif) S’assoit sur le tronc cérébral 39 Source: Human anatomy and physiology (9th ed.) Les noyaux du thalamus Corps genouillé latéral: – Relais visuels Corps genouillé médian: – Relais auditifs Noyau ventro-postérolatéral: – Relais somesthésiques ⑨ * 40 Source: Human anatomy and physiology (9th ed.) L’hypothalamus/L’hypophyse Structure composée d’une série de noyaux importants pour l’activité végétative: – Noyaux ventro-médians impliqués dans la satiété et l’agressivité – Noyaux latéraux impliqués dans la faim Autres rôles : maintien de la température corporelle, régulation de la soif, des rythmes biologiques et des comportements sexuels. Hypophyse/pituitaire : glande endocrine (hormones) 41 Source: Neuroscience : Human anatomy and physiology (9th ed.) L’épithalamus L’épithalamus comprend la glande pinéale (épiphyse): glande endocrine –Sensible aux changements de lumière et sécrète la mélatonine (hormone du sommeil) glande pineal 42 Source: Human anatomy and physiology (9th ed.) Subdivisions du SNC Le système nerveux central (SNC) 1. 2. 3. 4. 5. Le télencéphale Le diencéphale Le tronc cérébral Le cervelet La moelle épinière 43 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) 44 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) Le tronc cérébral Le tronc cérébral Mésencéphale Tectum/tegmentum Métencéphale pont Myélencéphale bulbe Moelle épinière 45 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Partie ventrale (Tegmentum) – Pédoncules cérébraux constitués de grandes masses de fibres nerveuses Tectum Parties internes – substance noire, noyaux rouges, formation réticulée et aqueduc de Sylvius Tegmentum Parties dorsales (Tectum) – Composé de 4 noyaux (tubercules quadrijumeaux/ collicules) Pédoncules cérébraux Collicules supérieurs: Relais visuels- contrôle moteur Collicules inférieurs: Relais auditifs 46 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) Mésencéphale Pont Partie interne – formation réticulée La formation réticulée fait tout le tronc. Elle aura des fonction différente (p.ex partie antérieur vs postérieur) Partie ventrale – Anneau de fibres entourant l’avant (pont) 47 Aussi appelé bulbe rachidien et medulla oblongata Partie interne – Formation réticulée : rôle dans l’éveil, le sommeil, la vigilance, l’attention, le mouvement, etc. Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) Le bulbe Partie ventrale – Pyramides (faisceau moteur): Fibres motrices efférentes dirigées principalement vers la moelle épinière – Décussation aux pyramides (90% des fibres motrices) Partie dorsale – Noyaux relais pour les voies sensorielles 48 Source: Essential neuroscience Décussation des pyramides Cortex moteur gauche Cortex moteur droit Décussation des pyramides « Croisement » 49 Source: Neuroscience : Human anatomy and physiology (9th ed.) [Image modifiée] Subdivisions du SNC Le système nerveux central (SNC) 1. 2. 3. 4. 5. Le télencéphale Le diencéphale Le tronc cérébral Le cervelet La moelle épinière 50 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée) * Apprendre par cour cervelet est engendrer Dans la motricité. Le cervelet Est impliqué dans l’apprentissage et le stockage d’information motrice Il coordonne et agit à titre de superviseur dans la motricité De plus en plus d’études reconnaissent son rôle dans la cognition 51 Source: Human anatomy and physiology (9th ed.) Subdivision du SNC Le système nerveux central (SNC) 1. 2. 3. 4. 5. Le télencéphale Le diencéphale Le tronc cérébral Le cervelet La moelle épinière 52 Source: Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed.) [Image modifiée] La moelle épinière s’étend de la base de l’encéphale jusqu’au sacrum et fait partie du SNC. La moelle est entourée de vertèbres osseuses et de trois méninges. 53 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) La moelle épinière Le moelle épinière Les sensations : Toucher, vibration, discrimination fine et proprioception vont directement vers la colonne dorsale pour remonter au SNC La motricité: part du cortex moteur, décusse au pyramide, arrive par la colonne ventrale et fait synapse dans la corne ventrale. Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) [Image 56 modifiée] Source: Anatomy & physiology Les nerfs rachidiens Chaque vertèbre contient deux petits orifices par où passent les nerfs spinaux Une paire de nerfs rachidiens par vertèbre Les nerfs rachidiens adoptent le nom de la vertèbre correspondante. Source: Neuroscience (5th ed.) Source: Neuroscience : Human anatomy and physiology (9th ed.) 54 Le racines des nerfs spinaux Chaque nerf est formé de la fusion de deux branches distinctes nommées racines La racine dorsale est formée de voies sensorielles provenant du corps et se rendant à la moelle (SNC) – Afférences sensorielles La racine ventrale est composée de voies motrices partant de la moelle (SNC) et se rendant aux muscles – Efférences motrices 55 Source: Neuroscience (5th ed.) Les segments Le nom d’un nerf spinal est le même que celui du segment de la moelle auquel il est connecté – – – – Cervical (nuque) Thoracique (tronc) Lombaire (bas du dos) Sacré (extrémité de la colonne vertébrale) Chaque segment de la moelle correspond à une partie du corps qu’il innerve : un dermatome 57 Source: Neuroscience : exploring the brain (4th ed.) Définition dermatome : Partie de la peau innervée par les deux racines dorsales d'un segment rachidien. 58 I. Le système nerveux somatique (SNS) II. Le SNS somato-sensoriel Le SNS moteur Le système nerveux autonome (SNA) Parasympathique Sympathique SUBDIVISIONS DU SYSTÈME NERVEUX PÉRIPHÉRIQUE 59 Subdivision du système nerveux périphérique Système nerveux somatique 1. Système somato-sensoriel Système sensoriel permet de détecter les stimulations de la peau. Récepteurs sensoriels situés dans la peau L’information est acheminée au SNC via deux voies : La voie de la colonne dorsale-lemnisque médian; La voie spinothalamique (nous y reviendrons). le voie de la sensations douleur 2. Système moteur Les fibres motrices descendent vers la moelle épinière à partir du cortex moteur primaire pour produire les mouvements volontaires (Faisceau corticospinal). Des mouvements involontaires sont produits par d’autres régions que les lobes frontaux (p.ex. réflexes et geste rythmiques) 60 Subdivision du système nerveux périphérique Système nerveux autonome (végétatif) – Ce système assure l'autorégulation du système nerveux de l'organisme et l'homéostasie du corps (le maintien de la température, de la tension artérielle, du pH, des volumes liquidiens de l'organisme, etc.) – Il est responsable des fonctions automatiques de l’organisme, dont la respiration, la digestion, le péristaltisme, la circulation sanguine, la pression artérielle, la température du corps, ainsi que la sécrétion d’hormones – Il agit principalement comme système moteur sur les muscles lisses, cardiaques et les glandes – Le fonctionnement du SNA est lent et involontaire 1. 2. Parasympathique Sympathique 61 Deux systèmes antagonistes Le SNA se divise en deux branches antagonistes : Le SNA sympathique – Mobilise l’énergie et les ressources de l’organisme lorsqu’il fait face à une menaceP.ex. augmentation du rythme cardiaque, vasoconstriction, inhibe l’activité gastrique et, etc. Système « fight, flight or freeze » Le SNA parasympathique – Économise l’énergie et permet à l’organisme de récupérerP.ex. diminution du rythme cardiaque, vasodilatation, stimule la digestion et etc.Système « rest and digest » Les deux branches agissent essentiellement sur les mêmes organes 62 Références Bear, M. F., Connors, B. W., & Paradiso, M. A. (2016). Neuroscience : exploring the brain (4th ed.). Lippincott Williams & Wilkins. Betts, J. G. et al. (2013). Anatomy & physiology. Open Stax College. Blumenfeld, H. (2010). Neuroanatomy through clinical cases (2nd ed..). Sunderland, Mass.: Sunderland, Mass. : Sinauer Associates. Marieb, E. N. (2013). Human anatomy & physiology. (K. Hoehn, Ed.)Human anatomy and physiology (9th ed..). Boston. Purves, D. (Ed.). (2012). Neuroscience (5th ed.). Sunderland, Mass. : Basingstoke: Sunderland, Mass. : Sinauer Associates. Siegel, A. (2006). Essential neuroscience. (H. N. Sapru, Ed.). Baltimore, MD: Baltimore, MD : Lippincott Williams & Wilkins. 63 CoursS Structures et fonctions du système nerveux central - 2e partie The Central Nervous System in Your Body Sciepro/Science Photo Library/Getty Images Référence pour l'image : https://www.verywellmind.com/what-is-the-central-nervous-system-2794981 1 Plan Les différents lobes du cerveau et leurs fonctions Le lobe frontal Fonctions exécutives, mémoire, etc Fonctions motrices Le lobe pariétal Fonctions attentionnelles et tx info somesthésique Système somesthésique : De la peau au cerveau (cortex pariétal - aires 3b, 3a, 1, 2) Le lobe temporal Mémoire, language et processus auditifs Le lobe occipital Système visuel Le l'œil au cerveau 2 Rappel Les lobes du cerveau 3 Différents types de cortex Les cortex moteurs et sensoriels: – Aires Motrices (aire primaire, prémotrice et supplémentaire) – Aires Sensorielles : aires primaires pour les fonctions d’encodage et d’analyse initiale aires secondaires pour un traitement plus complexe de l'information cortex visuel, auditif, somesthésique, gustatif, lobe olfactif Sillon Central (ou de Rolando) Scissure de Sylvius Les cortex associatifs : – – – ~ 75% du néocortex (occupe + d’espace que les aires primaires) on y attribue des fonctions cognitives attention, identification, reconnaissance ce qui distingue le plus le cerveau de l’homme de celui de l’animal 4 Lobe Frontal 5 Lobe frontal : Plusieurs fonctions fondamentales Les lobes frontaux constituent le centre des fonctions exécutives attention, planification, organisation, la poursuite d’un but, etc. Aussi impliqués dans la mémoire, le langage, la régulation émotionnelle. Aussi impliqués dans les commandes motrices volontaires. Les lésions pouvant survenir à la suite d’un traumatisme peuvent causer différentes pathologies telles que : » l’apraxie (difficulté d’exécution un mvt appris) » » » » l’aphasie (trouble de reconnaissance) l’amnésie (trouble de mémoire) les troubles des fonctions exécutives (planification) les troubles comportementaux 6 Phineas Gage (1848) Lésion du cortex frontal ventromédian (orbitofrontal) Insolence, grossièreté, obstination, caprice, mensonge, colérique Cas qui fait penser à ce que l’on observe dans les démences frontotemporale Ex. de troubles comportementaux (régulation émotionnelle, inhibition affectée par les lésions) 7 Si l'on s'attarde aux fonctions motrices du lobe frontal https://www.dessingres.fr/programme/expositions-et-fresques/dessiner-le-corps-en-mouvement#gallery-id-8429-4 8 gyrus précentral Le lobe frontal Aire motrice primaire: Représentation motrice des parties du corps (Homonculus moteur), correspond au gyrus précentral Aire de Broca Aire motrice du langage: Aire de Broca Située sur la 3e circonvolution frontale de l'hémisphère gauche (située à l'avant du sillon central et au-dessus de la scissure de Sylvius) Activités motrices liées au langage expressif. 9 Système moteur Les voies motrices / SNP moteur Les fibres motrices descendent vers la moelle épinière à partir du cortex moteur primaire pour produire les mouvements volontaires. Des mouvements involontaires sont produits par d’autres régions que les lobes frontaux (p.ex. réflexes et geste rythmiques) Cortex moteur primaire Faisceau corticospinal latéral 2 Neurones Décussation aux pyramides du bulbe inférieur 1 Synapse: Corne ventrale Bulbe inférieur Corne ventrale 10 Système moteur 700 muscles : muscles lisses (tube digestif – SN autonome SNA aussi appelé SN végétatif SNV); muscles striés (cardiaque + squelettiques) Système moteur somatique Musculature somatique innervée par les motoneurones – Les axones des motoneurones spinaux se rassemblent: racines ventrales – Cornes ventrales de la moelle épinière – Contraction musculaire initiée par libération synaptique Ach à la jonction neuromusculaire par les terminaisons axoniques des motoneurones α 11 Le cortex pariétal 12 Le lobe pariétal Aires pariétales postérieures (5,7): aires associatives Intégration et interprétation des sensations Aussi, planification du mouvement, processus attentionnels et interactions système visuel Cortex Somesthésique/Somatosensoriel : Sensations du corps Les lésions peuvent causer des neuropathologies telles que : Cortex Somesthésique (aires 1,2,3a,3b) l’héminégligence (oublier la moité de l'espace) l’agnosie tactile (diff. à reconnaître les objets) 13 Le cortex pariétal: Système somesthésique Sillon Central (1er gyrus du cortex pariétal) Gyrus Postcentral Toutes les sensations somesthésiques du corps Du SNP (de la peau) au SNC (cerveau) 14 Les sensations somesthésiques Permettent à notre corps de percevoir l’environnement et de savoir en permanence ce qu’il est en train de faire Nous sommes sensibles à de nombreux stimuli : – Pression, position de nos muscles, distension de la vessie, température du corps, etc Le système somesthésique diffère des autres systèmes sensoriels (vision, audition, olfactif, gustatif, sens de l’équilibre) – Ses récepteurs sont distribués dans tout le corps Un seul récepteur sensoriel code diverses caractéristiques du stimulus : intensité, durée, position Et un seul stimulus active généralement un grand nombre de récepteurs sensoriels. Le système nerveux intègre et interprète les informations Il utilise ces informations afin d’établir une perception cohérente 15 La peau Représente l’organe sensoriel le plus développé dont nous disposons Couche externe : épiderme Couche interne : derme La peau est extrêmement sensible Peut percevoir un objet de 0,006 x 0,04 mm Récepteurs : mécanorécepteurs, thermorécepteurs (chaud & froid) (sensibilité non uniforme de la peau) 16 Test de discrimination sensorielle Plus une ligne est petite, plus le niveau de sensibilité est élevé Les valeurs = la distance nécessaire pour sentir 2 points. Petit exercice 17 Le toucher : les mécanorécepteurs cutanées Région Pilleuse Récepteur de Merkel Région Glabre Épiderme Terminaison nerveuse libre Limite épiderme et derme Corpuscule de Meissner Derme Récepteur folliculaire des poils Corpuscule de Pacini Corpuscule de Ruffini Les mécanorécepteurs sont des récepteurs sensibles aux stimuli mécaniques 18 Afférences sensorielles primaires Suite à l’activation des récepteurs cutanés les informations doivent être acheminées, via les fibres sensorielles, vers l’encéphale. Les axones des fibres sensorielles sont de diamètres variables. La vitesse de conduction des potentiels d’action dépend du diamètre des axones et de la myéline. 19 Afférences sensorielles primaires Les axones sont de diamètres variables – Groupe C (ou IV) : fibres amyéliniques, plus lentes – Autres toutes myélinisés E Plus grose plus vice ( Rappel: la vitesse des PA est mains gros-mann vide influencée par lediamètre des axones et la présence de myéline Fibres associées à la colonne dorsale-lemnisque médian vs fibres associées au faisceau spinothalamique 20 2 voies Colonne dorsale-lemnisque median (toucher) Spinothalamique (douleur) Source de l’image : Neurosciences, Purves, Augustine, Fitzpatrick, Katz, LaMantia, McNamara, Williams, De Boeck Éd., 2003 21 Voie colonne dorsale-lemnisque médian Colonnes dorsales Cornes dorsales / y / - ( Lemnisque median Aire béta / # t Noyaux des colonnes dorsales Colonne dorsale Axones des racines dorsales = & pariétal VPL Bulbe moyen Moelle Épinière ·. vacinesgangin te m - recepteur sensoriel ⑳ 22 Voie spinothalamique (incluant douleur) Bulbe Moelle épinière Faisceau spinothalamique latéral Axones des racines dorsales j Racine dorsale Racine ventrale 23 Système somesthésique et voies sensorielles Détecter les stimulations de la peau. Récepteurs sensoriels situés dans la peau. L’information est acheminé au SNC: Perception Consciente Voie colonne dorsale-lemnisque médian Voie spinothalamique Cortex somesthésique primaire Cortex somesthésique primaire Thalamus Thalamus VPL VPL différence Bulbe moyen majeure : décusse pas au même endroit ne pourquoi? pour notre protéger organisme Ganglion de la racine dorsale 3 Neurones; 2 Synapses/relais: Bulbe moyen(décussation) & Thalamus Sensations telles que la vibration et le toucher discriminatif Ganglion de la racine dorsale Corne dorsale 3 Neurones; 2 Synapses: Corne dorsale (décussation) & Thalamus Sensation telle que la douleur 24 Lobe Pariétal incluant 1,2,3a,3b Le cortex S1 contient l’aire 3b qui est reconnue pour être le cortex sensoriel primaire *3b reçoit des afférences du thalamus (noyau ventro-postérieur-latéral – VPL) *3b répond intensément aux stimuli somatosensoriels *les lésions de 3b affectent les sensations somatiques *les stimulations électriques de 3b évoquent des sensations sensorielles somatiques 25 Le lobe pariétal Aire somesthésique primaire (3b) (synonyme de cortex sensoriel primaire) : Représentation sensitive des parties du corps Homonculus somesthésique, qui correspond au gyrus postcentral La représentation corticale relative de chacune des parties du corps est corrélée avec la densité d’informations sensorielles issues de chacune d’entre elles Selon que leur rôle soit plus ou moins important Selon leur degré d’utilisation (aspect fonctionnel) Somatotopie : Représentation/organisation particulière, cartographie des parties du corps 26 Phénomène de plasticité cérébrale Réorganisation neuronale 1 doigt est coupé Le cortex se réorganise -davantage de surface corticale sera attribuée aux 4 doigts restants Combien de temps ? Après plusieurs mois Autre exemple : Individu aveugle et cortex visuel Principes de réorganisation synaptique de Hebb / Plasticité cérébrale: « neurons that fires together, wires togethers » Les synapses qui déchargent ensemble forment des circuits préférentiels. L’activation d’une synapse la stabilise et cette connexion constituera un circuit préférentiel. Donald O. Hebb 1904-1985 Modification de la capacité synaptique est liée à l’activité du neurone. Capacité synaptique limitée Capacité synaptique + forte aux 1eres phases du développement Le principe de Hebb explique la réorganisation synaptique lors du développement et de l’apprentissage. 28 pause Lobe temporal 30 Le lobe temporal Informations auditives : oreille externe, cochlée, nerf auditif, encéphale Aire auditive primaire: Décode l’amplitude, le rythme et l’intensité des sons Aire auditive secondaire: Perception des sons et distinction entre la parole, la musique et le bruit (intégration, traitement des informations en provenant de l’aire primaire) Tonotopie 31 Le lobe temporal en des plus du traitement informations auditives. Le lobe temporal est également impliqué dans les processus mnésiques (hippocampe et amygdale) et le langage. – Aire de Wernicke: Activités liées au langage réceptif Les lésions pouvant survenir à la suite d’un traumatisme peuvent causer des troubles tels que : » l’amnésie, l’amusie (perte de la capacité de chanter, jouer de la musique, reconnaître la musique), l’aphasie et la surdité corticale32 La vision Le système visuel classique (formation des images) Environ le tier du cortex cérébral humain 33 Lobe occipital vision 34 Le lobe occipital Le lobe occipital est délimité par le sillon pariétooccipital Aire visuelle primaire :Interprète les formes, les couleurs et le mouvement (représentation rétinotopique). Aires visuelles associatives: Reconnaissent et interprètent les expériences visuelles présentes et les comparent avec les expériences passées. Les lésions pouvant survenir à la suite d’un traumatisme peuvent causer des pathologies du système visuel telles que la cécité corticale, l’agnosie visuelle et la prosopagnosie. difficulté à reconnaitre les visages 35 La Lumière : Ondes et Photons Onde d’énergie (photons) Fréquence d’une onde Ondes courtes (bleu) plus grande énergie que les ondes longues (rouge) 36 Comment la lumière se diffuse dans l’espace Changement de direction des rayons de lumière qui frappent une surface Transfert d’énergie lumineuse à une particule ou à une surface Noir: absorbe l’énergie de toutes les longueurs d’ondes comme dans yeux nos Déviation des rayons quand ils passent d’un milieu transparent à un autre. Provient de la différence de vitesse de lumière d’un milieu à l’autre (air + vite que l’eau) Les rayons de lumière se déplacent en ligne droite jusqu’à ce qu’ils rencontrent les atomes et les molécules de l’atmosphère et les objets 37 Vue globale du système visuel Noyaux du thalamus } Stimulus visuel : orientation de la tête et du regard vers ce dernier 38 Si planche à anatomique l'examen , serait surement celle-là. Les différentes parties de l’œil Pupille Ligaments suspenseurs du cristallin Rétine Iris Iris Conjonctive Cristallin Fovéa Sclérotique Lumière Nerf Optique Cornée Humeur Aqueuse Nerf Optique Cornée Muscles Extraoculaires Muscles Ciliaires Humeur Vitrée Sclérotique Macula : Partie de la rétine pour la vision centrale. Absence relative de vaisseaux sanguins. Fovéa : Marque le centre de la rétine. Plus mince. 1% de la surface rétinienne, mais plus grande densité de cellules 39 Distance focale : Distance entre la surface de réfraction et le point de convergence La cornée est principalement responsable de la réfraction, mais le cristallin joue aussi un rôle en particulier pour les objets à moins de 9 mètres Déformation du cristallin par les muscles : phénomène d’accommodation 40 Contraction: cristallin plus bombé Correction de la Vision Vision normale Myopie corrigée Presbytie: durcissement du cristallin avec l’âge (lentilles bifocales ou LIO) 41 Hypermétropie corrigée Organisation laminaire de la rétine de ↓ Banatan e pour visualisation seulement Couche cellules ganglionnaires Couche plexiforme interne Couche nucléaire interne Couche plexiforme externe Corps cellulaires des cellules ganglionnaires Contacts synaptiques Corps cellulaires des cellules amacrines, bipolaires et horizontales Couche nucléaire externe Corps cellulaires des photorécepteurs Couche segment externe photorécepteurs Disques : photopigments sensibles à la lumière Épithélium pigmenté Absorbe la lumière; Nourrit les photorécepteurs CELLULES GANGLIONNAIRES REPRÉSENTENT LA SEULE SOURCE D’INFORMATIONS QUI QUITTE LA RÉTINE. 42 La rétine : Les cônes et les bâtonnets bâtonnets Environ 100 millions de photorécepteurs (92 millions bâtonnets, 5 millions cônes) cônes Source : https://askabiologist.asu.edu/b%C3%A2tonnets-et-c%C3%B4nes *3 types de Cônes: Vision des couleurs (trichromatique) -beaucoup au centre de la rétine mais aussi distribués *Bâtonnets: Vision des contrastes; vision nocturne, situés en périphérie 43 Conversion de la lumière en signal nerveux Disques: photopigments sensibles à la lumière absorbe la lumière Disques-absorbent la lumière et modifient le potentiel membranaire daltoniens- déficite des cones. Dans les cônes : Trois types d’opsines avec sensibilités différentes à la lumière les cônes bleus (~430 nm), les cônes verts (~530 nm) et les cônes rouges (~560 nm). Dans les bâtonnets: Un seul pigment photosensible est la rhodopsine. Plus sensible à des longueurs d’ondes d’environ 500 nm (bleu vert); 1000X + sensibles à la lumière vs cônes,. 44 Cônes et Bâtonnets : Phototransduction Transduction par les photorécepteurs de l’énergie lumineuse en variations de potentiel de membrane Hyperpolarisation Noirceur Lumière Noirceur Seules les cellules ganglionnaires émettent des potentiels d’action (PA) 45 https://physio.sorbonne-universite.fr/wpcontent/uploads/2014/01/etudespsychomot ricitevision22011.pdf 46 Champs visuels Le champ visuel représente la partie de l’espace visuel couverte par la rétine d’un seul œil lorsque le regard est fixé sur un point éloigné. Image perçue est doublement inversée : ce qui est en haut est en bas, ce qui est en bas est en haut, ce qui est à droite, à gauche, ce qui est à gauche, à droite. L’image du champ visuel droit se fait du côté gauche de la rétine, l’image du champ visuel gauche se fait sur le coté droit de la rétine. 47 Décussation partielle des voies visuelles Nerfts optiques et Chiasma optique pas tout ce qui est vaadroite c'est , hémirétine temporale gauche hémirétine nasale gauche hémirétine nasale droite a en gauche y des et hémirétine temporale droite 48 Prochain relais de l'information visuelle: Cible du tractus optique = CGL CGL/LGN (corps genouillé latéral) Noyau du thalamus https://lecerveau.mcgill.ca/flash/d/d_02/d_02_cr/d_02_cr_vis/d_02_cr_vis.html 49 Les Corps Genouillés Latéraux (CGL) Dans le CGL, il y a un maintient de la séparation des informations provenant de chacun des yeux CGL droit : info œil droit – couches 2,3,5 ; info œil gauche – couches 1,4,6 Inversement pour CGL gauche Source image à gauche : http://lecerveau.mcgill.ca/flash/a/a_02/a_02_cr/a_02_cr_vis/a_02_cr_vis.html 50 Prochain relais de l'information visuelle: Cible des radiations optiques = V1 couche IV Aire visuelle primaire V1 V1 Scissure Calcarine https://lecerveau.mcgill.ca/flash/d/d_02/d_02_cr/d_02_cr_vis/d_02_cr_vis.html 51 L'aire visuelle v1 - cortex occipital Couches cellulaires (6) de l’aire visuel primaire (V1) Au niveau de la couche 4 (IVC), les informations de chacun des yeux restent séparées, ensuite elles s’intègrent. Les neurones de V1 permettent le traitement des informations visuelles: orientation, fréquence spatiale, couleur Neurones pyramidaux : couches III, IVB, V,VI Neurones étoilés : couche IVC Cortex visuel primaire du macaque normal 52 Rétinotopie : Des cellules voisines de la rétine transmettent l’information à des sites voisins de leur structure cible. L’arrangement des connections respecte une organisation entre la rétine et le cortex, Rétinotopie, Tonotopie, Somatotopie Organisation dans l’espace (organisation spatiale) / Cartographie particulière. 53 Réseaux neuronaux du « Quoi » et du « Où » Par la suite, le réseau occipito-pariétal permettra de traiter l’informations visuelles spatiales, Alors que le réseau occipito-temporal permettra la reconnaissance de l’objet Lobe parietal : « Où » Lobe temporal : « Quoi » 54 Source de l’image : https://www.studyblue.com/notes/note/n/2-visual-system/deck/8067844 https://source.wustl.edu/2013/08/brainflexible-hub-network-helps-humans-adapt/ 55 Fin du cours #5 Merci pour votre attention 56 Examen > - > - 39 so questions question en tout multiples (1 bonne réponse Il question développement ↳ Ivrai choix ou question possible) faux ou is manque question petit dév (2-3. des hote Lignes 6 fours Méthodes d’investigation chez l’animal et l’être humain Cours # 8 Plan Méthodes chez l’animal – Histologie, Électrophysiologie – Études de Lésions, Comportementales et Pharmacologiques – Études Génétiques & Optogénétique Méthodes chez l’être humain – Méthodes anatomiques Radiologie, Tomodensitométrie (Ct-Scan), Angiographie, Imagerie par résonance magnétique (IRM) & imagerie par diffusion – Méthodes fonctionnelles Électroencéphalographie intracranienne Électroencéphalographie (EEG) IRMf (fonctionnelle) Tomographie par émission de positons (TEP) Magnétoencéphalographie (MEG) Stimulation cérébrale profonde (SCP) Stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) Méthodes chez l’animal Histologie Étude des tissus via la méthode de coloration Golgi Corps cellulaires et arborisation dendritique (prolongements) Solution d’argent Nissl Corps cellulaires Violet de crésyl, bleu de méthylène Aussi utilisé chez l’être humain post-mortem ou lors de biopsie Électrophysiologie Étude des phénomènes électriques dans les tissus/cellules d’un organisme vivant. 1. Enregistrement par des microélectrodes de la variation du potentiel électrique (émise par un ou plusieurs neurones). Melanopsin Ganglion Cells: A Bit of Fly in the Mammalian Eye. Dustin Graham. Fig.1 Provencio et al 2002 Benson et al 2002 2. Auto-stimulation électrique Électrodes Implantées - Enregistrement neuronal Avantages : résolution spatiale excellente mais limitée aux neurones ciblés, résolution temporelle excellente (précis) Limites: onéreux, faible accessibilité (longue procédure), méthode invasive (l’animal doit être anesthésié) Études de Lésion La modulation d’un comportement suite à une lésion permet aux chercheurs de proposer qu’une région est engagée dans telle ou telle fonction. Lésion expérimentale chez l’animal: -L’étendue d’une lésion (chimique, anatomique) est contrôlée (ce qui assure la validité de la conclusion) -L’extrapolation de l’animal à l’être humain (en respectant certaines limites). En comparaison difficile de faire des liens. Lésion naturelle chez l’être humain: -L’étendue est variable d’un individu à un autre (ex. accident voiture, AVC) -Ce qui limite la validité de la conclusion ÉTUDES COMPORTEMENTALES ET PHARMACOLOGIQUES Elevated plus maze (EPM) Test utilisé chez les rongeurs pour mesurer les comportements dits anxieux (modèles neurobiologiques de l’anxiété) Tâche de mémoire spatiale de Morris (1984) : Faire des lésions all niveau du cerveau on droguer ↳ rongeur pour voir ol il passera ↳ plus de temps. & Études des mécanismes physiologiques dans la mémoire cruciale pour faire avancé la science. Investigations qui permettent de tester les effets de certains agents pharmacologiques (médicaments; drogues) sur le comportement. Études génétiques Études en génétique moléculaire qui permettent de mieux comprendre l’effet de certains gènes et certaines variations alléliques sur le comportement. gêne : Études de “knockout” : Souris génétiquement modifiées. Inactivation d’un gène (ci-contre GRP120 + alimentation riche) Source : http://www.futurasciences.com/fr/news/t/medecin e/d/obesite-une-mutation-sur-lerecepteur-aux-omega-3-miseen-cause_36931/ on peut voir que se géne modifie la satiété et la production l'insuline. Études transgéniques: Souris génétiquement modifiées – ajout d’ADN étranger Exemple : oncosouris prédisposées à développer le cancer - utile pour développer des traitements Études optogénétique : modification Génétique & Utilisation de l’Optique ; méthode (2000) qui consiste à modifier génétIquement certains neurones pour les rendre sensibles à la lumière. Active ou inhibe à distance grâce à un rayon de lumière Méthodes d’investigation chez l’être humain Méthodes subjectives : questionnaires & entrevues super aidante Super pertinent en clinique. avancé pour les. Méthodes objectives : divers types; méthodes de neuroimagerie permet de voir les structures du cerveau H 1: Les méthodes anatomiques Permettent de voir les structures du cerveau 2: Les méthodes fonctionnelles Permettent de voir le cerveau en action Méthode d'imagerie structurelles Méthodes anatomiques Radiologie Radiologie : Faisceau de rayons X – Capté par une plaque photographique où s’imprime une image. – Montre les tissus osseux, mais ne permet pas de voir le cerveau. Peut voir les poumons car sont rempli d'air – Utilité clinique : Confirmer la présence d’une fracture du crâne Méthodes anatomiques -tomodensitométrie (ct scan)Tomodensitométrie (rayons X) – Visualisation matière grise et blanche et ventricules du cerveau (1970) (Prix Nobel 1979 Housfiled & Cormark) – Source de rayons X qui tourne autour de la tête et des capteurs électroniques sensibles aux rayons X situés de l’autre côté enregistrent l’information qui est ensuite reconstruite par ordinateur (création d’une image/traitement informatique pour une reconstruction 2D/3D – tranche du cerveau). – Utilisation clinique : Permet de déceler une tumeur, une hémorragie Tumeur cérébrale Hémorragie controler les radiation par contre ! (faire attention) Avantages: rapide; peu coûteux en comparaison aux autres méthodes d’imagerie cérébrale; mais rayon X donc irradiation importante Méthodes anatomiques -angiographie Angiographie (rayons X) – Injection d’un agent de contraste dans le sang pendant le CT-scan Agent de contraste: absorbe les rayons X – Permet d’opacifier temporairement les vaisseaux sanguins Utilisation clinique : permet de détecter un anévrisme, une hémorragie, une tumeur hyper vascularisée. Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)Cette technique donne accès à une analyse détaillée de l’organisation du cerveau comme le CT-scan n’avait pas réussi à le faire sans utiliser de rayons X Meilleure résolution que le CT-scan et tous les plans de coupe dans 1 seule acquisition Utilisation en clinique, en recherche clinique et en recherche fondamentale UNF CRIUGM Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)Technique d’imagerie non invasive. les rayons-X le Sont Création d’images via la mise en résonance des atomes d’hydrogène eux Image 3D du cerveau MNI template Le champ magnétique de l’IRM provoque des changements d’état des protons (énorme aimant; champ magnétique très important). IRM 3 Tesla = 60 000x plus puissant que le champ magnétique de la Terre. Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)- Fonctionnement (suite) Atomes d’hydrogène à l’état de base – Tête placée dans un champ magnétique puissan