Synthèse complète - Introduction aux neurosciences cognitives PDF

Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Chapitre 1 : Structure, fonctionnement, fonction 1. Propriétés structurelles des réseaux neuronaux A. Le neurone Est le composant élémentaire de la structure du système nerveux Est une cellule...

Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Chapitre 1 : Structure, fonctionnement, fonction 1. Propriétés structurelles des réseaux neuronaux A. Le neurone Est le composant élémentaire de la structure du système nerveux Est une cellule excitable Capable d’intégrer et de transmettre une info via des mécanismes électro-chimiques Le neurone est constitué : o D’un corps cellulaire (soma) o De dendrites (inputs) o D’un axone (outputs) 4 régions fonctionnelles distinctes : o Composante des entrées (input) o Composante intégrative o Composante de conduction o Composante de sortie (output) Il y a une grande variété de neurones, se distinguant par leur morphologie et fonction B. La synapse Sont des connexions entre les neurones Connexions synaptiques sont un élément essentiel pour comprendre comment des infos peuvent laisser une trace dans nos cerveaux 1 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Les connexions synaptiques forment un réseau très dense On estime que dans l’encéphale humain : o Il y a 100 milliards de neurones o Et en moyenne 10 000 connexion Ce réseau de connexions se modifie tout le temps L’acquisition de nouvelles connaissances et de nouveaux comportements et assurée par une modification des connexions (pas par la fabrication de nouveaux neurones) C. La neuroglie Les cellules gliales sont + nombreuses que les cellules nerveuses. Les cellules gliales entourent : o Le corps cellulaire o Les axones o Les dendrites des neurones Fonction des cellules gliales : 1) Fournir une « charpente » aux neurones du système nerveux 2) Isoler et assurer l’homéostasie du milieu neuronal : barrière hémato-encéphalique 3) Participer au fonctionnement électrique des neurones 4) Participer au fonctionnement chimique des neurones 2 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 2. Organisation structurelle et fonctionnelle des neurones Une grande partie de la structure est déterminée de manière génétique. Une partie de la structure est déterminée de manière épigénétique : neuroplasticité. Organisation des neurones en différents réseaux particuliers : o Colonnes corticales o Couches corticales o Aires corticales A. Colonnes corticales Ensemble de neurones orientés perpendiculairement par rapport à la surface du cortex Si on introduit une microélectrode perpendiculairement à la surface du cortex somesthésique primaire (SI) :  on rencontrera des neurones dont les champs récepteurs se chevauchent. Ces colonnes peuvent répondre préférentiellement à une catégorie de récepteurs cutanés B. Couches corticales Le cortex cérébral est également organisé en couches distinctes Ces couches renferment ≠ classes de neurones, interneurones et cellules gliales. 3 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 L’organisation en couches du cortex permet une organisation structurelle des entrées et sorties  Ex : la couche 4 est la cible principale de l’info venant du thalamus Ceci explique la différence d’épaisseur entre : o la couche 4 du cortex moteur (peu d’afférences thalamocorticales) o et du cortex viuel (bcp d’afférences thalamocorticales) C. Aires corticales Aire corticale = partie du cortex cérébral. PEUVENT ÊTRE DÉFINIES DE MANIÈRE ANATOMIQUE aires de Brodmann (1909)  Ces aires sont définies sur la base de l’observation de différences dans l’organisation cellulaire corticale. Les scissures ont permis de délimiter les différents lobes cérébraux Gyri permettent d’augmenter la surface du cerveau Index de gyrification = rapport du contour complet (gyri compris) sur le contour externe sans rentrer dans les gyri  Toujours égal ou supérieur à 1  Humain = +/- 2, 25 (inférieur chez les autres espèces)  Index de gyrification pas constant sur toute la surface du cerveau PEUVENT ÊTRE DÉFINIES DE MANIÈRE FONCTIONNELLE Regroupement de neurones partageant une même fonction  Ex : aires visuelles, somatosensorielles, auditives, motrices, du langage LIEN ENTRE STRUCTURE ET FONCTION Organisation spatiale des neurones spécifiques (même fonction) au sein des différentes aires corticales organisation rétinotopique dans V1, - organisation somatotopique en S1, - organisation mototopique en M1, - organisation tonotopique en A1. Cette organisation spatiale n’est pas une représentation linéaire des surfaces sensorielles/ motrices représentées Cette organisation peut être remodelée (ex : après amputation) 3. Exploration structurelle du SNC Ces aspects sont étudiés par le biais de l’anatomie macro et microscopique ETUDE IN VIVO CHEZ L’HOMME (TECHNIQUES DE NEUROIMAGERIE ) Scanner aux rayons X Imagerie par résonance magnétique (IRM) 4 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Techniques de traçage par injection d’un marqueur (tracing studies)  Pour caractériser les connexions entre les différentes régions du système nerveux  Pour établir la connectivité des différents systèmes (système sensoriels, moteurs, …)  Caractéristiques du traceur : o Doit être capté par les neurones o Doit être transporté le long de l’axone o Doit être visualisable  2 types de traçage : 1) Traçage antérograde o De la source (corps cellulaire) vers la cible (terminaison de l’axone) o Captation du traceur par le corps cellulaire 2) Traçage rétrograde o De la cible (terminaison) vers la source (corps cellulaire) o Captation du traceur par l’axone  Distinction entre 2 types de traceurs : 1) Traceur non-trans-synaptique / conventionnel = transport axonal du traceur o Ne passe pas les synapses o Ne se transmet pas à l’ensemble des neurones 2) Traceur trans-synaptique o Passe d’un neurone à l’autre → Combiner les 2 traceurs permet de tracer une voie et de localiser les synapse → dire combien de neurones sur cette voie 5 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Diffusion Tensor Imaging  Technique de traçage in vivo chez l’homme (non-invasive)  Utilise les IRM  Mesure diffusion anisotropique des molécules d’eau au sein des fibres nerveuses o Diffusion isotropique : suit le principe de diffusion sans aucune contrainte isotropique (ex : molécules d’eau et grenadine vont où elles veulent ds le verre) o Diffusion anisotropique : diffusion a des propriétés différentes selon sa direction (ex : molécules ne peuvent pas passer de l’autre côté du verre)  Dans un axone : diffusion anisotropique (molécules ne vont que dans le sens de l’axone puisque ne peuvent pas sortir de la membrane hydrophobe)  Or : on sait mesurer diffusion anisotropique eau + sa direction préférentielles → On peut donc reconstituer le trajet d’un ensemble de fibres nerveuses 4. Description fonctionnement A. Fonctionnement électrique : PA Observation d’une culture de neurones génétiquement modifiés pour exprimer une rhodopsine (prennent donc une couleur rouge quand potentiel de membrane augmente) Au repos : potentiel de membrane vers -70mV o Injection d’un courant hyperpolarisant (rend le PM encore + négatif) o Injection d’un courant dépolarisant (rend le PM – négatif) → Si une dépolarisation atteint une Intensité seuil : forte dépolarisation → PA Caractéristiques PA : o PA nait dans la zone intégratrice du neurone o PA = phénomène ON-OFF (tout ou rien) o Neurone + actif ne fais pas de + grands PA mais en fait avec une + grande fréquence Déroulement PA : 1) Potentiel de membrane est au repos (-70mV) 2) Phase de dépolarisation : potentiel de membrane atteint le seuil de déclenchement → ouverture des canaux NA+ voltage-dépendant : entrée massive et rapide de NA+ à l’intérieur de la cellule 3) Phase de repolarisation : inactivation des canaux VOC Na+ et ouverture retardée des canaux K+ voltage-dépendant → sortie K+ à l’extérieur de la cellule 4) Pompe NA+-K+ maintient les gradients de repos du NA+ et du K+ 6 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Propagation du PA : o Conduction continue dans fibres non-myélinisées (survenue d’un PA à un endroit donné provoque la survenue d’un PA juste à côté)  Vitesse : +/- 1m/s (faudrait presque 2s pour remonter info des pieds au cerveau) o Conduction saltatoire dans fibre myélinisées (isolant évité les pertes de charges entre les nœuds de Ranvier + éloigné où il y a des canaux NA+ et K+ -PA juste à ce niveau là) B. Fonctionnement chimique Potentiel postsynaptique : amplitude + faible et durée + longue que PA 2 types de potentiels postsynaptique : o PPSE : potentiel postsynaptique excitateur o PPSI : potentiel postsynaptique inhibiteur Pas de phénomène tout ou rien : o Dépend de concentration en NT dans la fente synaptique o Dépend de sensibilité de l’élément post-synaptique aux Nt (selon récepteurs) 7 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 5. Etude fonctionnelle du système nerveux : Techniques « in vivo » : A. Enregistrements unitaires de neurones = enregistrement des PA générés par un seul neurone par une microélectrode o Placement de l’électrode sous anesthésie (méthode invasive) o Position électrode contrôlée par stéréotaxie o Enregistrement peut se faire chez l’animal éveillé o Le diamètre de la pointe de l’électrode est d’environ 1 µm. AVANTAGES : Résolution spatiale très élevée  Position exacte microscopique de l’électrode peut même être déterminée post- mortem Résolution temporelle élevée  Electrode enregistre directement l’activité électrique du neurone (PA très bref directement enregistré)  N’empêche pas un enregistrement à long terme DÉSAVANTAGES : Technique très invasive → peu utilisée chez l’humain Un seul neurone observé par une microélectrode sur lequel on fait des inférences  Ne permet pas une vision d’ensemble de l’activité du SN Enregistrement unitaire chez le singe Neurones dans le cortex inférotemporal impliqué dans la perception des visages. o Implanter une micro électrode dans le cortex inférotemporal o On présente au singe différents visages o On observe la fréquence de décharge des neurones 8 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 o Quand on montre un visage de singe à un singe, il y a beaucoup de PA o Pour activer ce neurone il faut tout ce qui compose un visage IMPLANT o Patient tétraplégique (n’ont plus le contrôle de leur membre) o Prothèse active sur base de l’activité corticale o Ensemble de microélectrode inséré sur la surface du cortex moteur primaire qui vont capter l’activité de neurones. o Quand le patient imagine un mouvement, il va pouvoir activé le neurone et ainsi faire bouger la prothèse. o Placer des capteurs sur la prothèse et implanter un autre système d’électrode dans le cortex somesthésique primaire (infos tactiles) → Stimuler les neurones. Le patient utilise ces infos pour mieux contrôler la prothèse. B. Enregistrements intracrâniens (LFP) et stimulation corticale directe (DCS) Macro-électrodes : enregistrement de l’activité d’une population de neurones → Electrodes implantées chez l’homme pour le traitement chirurgical de l’épilepsie. o Enregistre l’activé cérébrale pour confirmer que c’est la bonne région du cortex qui est le foyer épileptique. → Chirurgie éveillée o Même chose pour les tumeurs. Essayer de déterminer ou commence tel ou tel région du cortex afin de ne pas enlever trop de matière. o Penfield : applique une macro-électrode chez le patient éveillé en lui demande ce qu’il ressent.  Ex : stimuler le cortex moteur primaire et voir qu’il y a des mouvements. → L’électrode peut également être utilisée pour étudier l’effet de la stimulation électrique directe (direct cortical stimulation). → Technique invasive 9 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 C. Electroencéphalographie (EEG) Technique découverte par Berger (1929). Technique non-invasive Une ou plusieurs électrodes sont placées sur le cuir chevelu o L’électroencéphalogramme (EEG) → différence de potentiel enregistrée entre une électrode placée sur le cuir chevelu et une électrode de référence (extra céphalique : lobe de l’oreille ou sur le nez) o Les enregistrements obtenus à partir de chaque paire d’électrodes sont différents  chaque électrode échantillonne l’activité d’une population de neurones appartenant à des régions différentes du cerveau. o L’EEG enregistre essentiellement l’activité postsynaptique (PPSE/PPSI)  Les PPSE rendent l’espace extracellulaire situé en surface négatif par rapport aux régions plus profondes. Pour que l’activité de cette population de neurones induise une déflection mesurable dans le signal EEG, il faut que des milliers de neurones répondent de la même façon, et au même moment TECHNIQUE DE MOYENNAGE : POTENTIEL ÉVOQUÉ CÉRÉBRAUX Le moyennage → annule les modifications du signal EEG qui ne sont pas calées dans le temps par rapport au stimulus o Comment le cerveau traite un stimulus particulier (ex : toucher le pied) o On répète le stimulus le plusieurs fois, dans chaque enregistrement il y a une petite partie qui est celle du stimulus et le reste est l’activité de fond. o Moyenne tous les enregistrement, l’activité de fond est tjrs la même mais la moyenne du stimulus pourra être perçue, activité de fond va être réduite et l’on va voir la variation de potentiel du stimulus RÉSOLUTION SPATIALE relativement faible, et empreinte d’incertitude (infinité de sources différentes peuvent donner la même chose sur le scanne) → l’EEG enregistre l’activité du cortex, mais pas (ou très peu) l’activité des structures sous-corticales 10 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 RÉSOLUTION TEMPORELLE élevée, de l’ordre de la milliseconde → La technique permet d’étudier la chronométrie des processus cérébraux impliqués dans le traitement du stimulus. Exemple : Mise en évidence, chez l’homme, de réponses corticales spécifiquement impliquées dans la perception des visages. o Mesurer la différence de potentiel entre les électrodes o Les stimulus visuel sont soit : vissage soit voiture o A 100 ms : pas de différence entre les stimuli.  Active : Air visuel primaire au niveau occipital o A 170 ms : différence entre les stimuli, une population de neurone répond avec une plus grand amplitude pour les visages.  Active : Cortex inférotemporale. o Si on présente les visages à l’envers et les voitures à l’envers les neurones vont répondre de la même manière. La population de neurones ne répond pas aussi efficacement avec des visages à l’envers. D. Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) La technique est non-invasive. Elle peut être utilisée librement chez l’homme. RAPPORT ENTRE OXYHÉMOGLOBINE ET DÉOXYHÉMOGLOBINE. o Dans les Région cérébrale activée par un stimulus : l’activité neuronal entraine une petite consommation d’oxygène. o Cette consommation est largement surcompensée par une augmentation locale du flux sanguin = réponse hémodynamique 11 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Augmentation du flux sanguin afin d’amener de l’oxygène  Il en résulte une augmentation locale du rapport entre oxyhémoglobine et déoxyhémoglobine.  L’hémoglobine est plus oxygénée dans une partie du cerveau activée o Le signal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) mesuré par l’IRM est sensible au rapport entre oxyhémoglobine et déoxyhémoglobine  Car les propriétés magnétiques de l’oxyhémoglobine et de la déoxyhémoglobine (paramagnétique) sont différentes MESURE INDIRECTE DE L ’ACTIVITÉ NEURONALE → On mesure la conséquence de l’activité des neurones : on mesure la réponse hémodynamique → Si différence dans le signal BOLD, il faut penser que cela peut aussi être dû au couplage neurovasculaire. RÉSOLUTION SPATIALE DE L ’IRMF meilleure que celle de l’EEG. → Contrairement à l’EEG, la technique permet de déterminer avec plus de certitude les structures cérébrales activées par le stimulus RÉSOLUTION TEMPORELLE DE L ’IRMF assez faible, de l’ordre de la seconde, détermine difficilement quand la population de neurone est activée. → La technique est moins adaptée à l’étude de la chronométrie des processus cérébraux impliqués dans le traitement du stimulus. 12 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022  Réponse BOLD évoquée par un stimulus visuel (jaune) et auditif (bleu) Exemple : Mise en évidence des régions cérébrales spécifiquement impliquées dans la perception des visages o Comparer réponse Bold entre des objets et des maisons o Pdt 30 secondes on présente des visages, puis intervalle libre, puis pdt 30 secondes des maisons. o Visage, objet ont une réponses mais la réponde hémodynamique est plus petite pour les objets que pour les images. E. Etudes de lésions (lesion studies) Etudier le retentissement fonctionnel d’une lésion cérébrale, afin d’émettre des hypothèses sur sa fonction. → Chez les animaux : réalisation d’une lésion expérimentale → Chez les hommes : lésions après un traumatisme cérébral, un accident vasculaire cérébral, … « accidents de la nature » Exemple : Localisation spatiale des lésions cérébrales associées à une prosopagnosie o Progrès de la neuroimageries et du traitement mathématique des cerveau( transformer cerveau pour pouvoir comparer les individus entre eux) o prendre un ensemble de patient qui on un trouble de la reconnaissance des visages dû à une lésion cérébrale o voir quel est le point commun de tous les patients qui souffrent d’une prosopagnosie o cortex inferotemporal 13 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 F. Stimulation magnétique transcrânienne (TMS) Technique non-invasive o Pendant un court instant, un champ magnétique puissant est généré par une bobine placée en regard d’une région corticale donnée. → Ce champ magnétique génère un champ électrique dans le cortex en regard de la bobine  Ce champ électrique perturbe l’activité des neurones sous- jacents, rendant l’aire corticale transitoirement non fonctionnelle. Lésion réversible MAIS Risque : déclencher une crise d’épilepsie 14 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Chapitre 2 : mémoire et apprentissage 1. Introduction Elément central de ce chapitre : neuroplasticité → La fonction est capable d’influencer le fonctionnement et même de modifier la structure du système nerveux. 2. Définition L’APPRENTISSAGE o Est un processus permettant de conserver des informations acquises, des états affectifs et des impressions capables d'influencer la cognition et le comportement. o modifie en permanence le fonctionnement mais aussi la structure du système nerveux pour adapter la fonction aux expériences passées. o L'apprentissage correspond à l'encodage, qui est la première étape du processus de mémorisation. LA MÉMOIRE o est le résultat de l’apprentissage. o C’est la persistance : → de données autobiographiques (mémoire épisodique), → de connaissances générales décontextualisées (mémoire sémantique), → et d’habiletés perceptivo-motrices (mémoire procédurale) o Trois étapes essentielles du processus mnésique : 1) Encodage → création d’une trace mnésique 2) Consolidation et stockage → stabilisation d’une trace mnésique 3) Récupération → récupération d’une trace mnésique → ≠ Disponibilité et accessibilité : on peut être convaincu d’avoir une connaissance précise de l’information à récupérer, mais ne pas parvenir à la récupérer  Info stockée en mémoire (disponible) mais ne peut être récupérée (inaccessible) L’accessibilité est contrôlée par les lobes frontaux, qui sont très développés chez l’être humain, mais qui sont aussi plus particulièrement altérés par le vieillissement cérébral. 15 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 3. Mémoire à court terme (MCT) et mémoire de travail (MT) A. Mémoire à court terme La mémoire à court terme est une mémoire transitoire. → Sa capacité est limitée L’EMPAN MNÉSIQUE désigne le nombre d'éléments que l’on peut restituer immédiatement après les avoir entendus. → Par exemple, on demande au sujet de lire une liste de chiffres puis de les restituer dans l'ordre → Quand la liste contient moins de 5 éléments, le rappel ne pose normalement pas de problème → Au-delà de 7 éléments, la restitution devient beaucoup plus difficile (Miller, 1956). MODÈLE DE LA MÉMOIRE DE TRAVAIL ( BADDELEY ET HITCH (1974)) La mémoire de travail : a pour fonction d’enregistrer, de stocker et de manipuler une petite quantité d’information pendant une courte période de temps. la rétention temporaire et la manipulation de l’information lors de différentes activités cognitives reposent sur le fonctionnement coordonné d’un ensemble de 3 sous composantes : → La boucle phonologique, → le registre visuo-spatial → l’administrateur central. 1) La boucle phonologique o Responsable du maintien de l’information verbale. o Elle comporterait : un système de stockage phonologique (maintien de l’information sous forme phonologique) et un processus de répétition subvocale qui permettrait de maintenir cette information active. 2) Le registre visuo-spatial o responsable du maintien de l’information visuelle et spatiale (non verbale). 16 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 3) L’administrateur central o Coordonne le tout o Il serait conçu comme un système attentionnel qui coordonne les opérations des sous-systèmes spécialisés, gère le passage des informations entre ceux-ci et, de façon plus générale, procède à la sélection stratégique des actions les plus efficaces en fonction des caractéristiques et des contraintes de la tâche en cours. Le rôle de la mémoire de travail serait donc double : A) Stocker une quantité limitée d’information pendant une courte période de temps (quelques dizaines de secondes)  afin de pouvoir utiliser cette information pour réaliser la tâche en cours (mémoire à court terme) B) Effectuer un certain nombre de traitements sur cette information,  soit pour augmenter la durée de stockage (répétition subvocale de la boucle phonologique), soit pour permettre la réalisation de la tâche en cours UN PETIT MOT SUR L ’ANXIÉTÉ Anxiété. S’inquiéter pour quelque chose  Pensées involontaires concernant des événements futurs négatifs L’anxiété pathologique est associée à des troubles cognitifs et comportementaux Hypothèse : L’anxiété est générée par le maintien involontaire en mémoire de travail de ces pensées négatives.  Ce maintien se ferait essentiellement par le biais de l’administrateur central et la boucle phonologique. → Si cette hypothèse est vraie, engager le sujet dans une tâche impliquant l’administrateur central et la boucle phonologique devrait moduler l’anxiété. B. Mémoire à long terme La mémoire à long terme est une mémoire potentiellement permanente.  Sa capacité est virtuellement illimitée o Elle est une des bases de notre individualité 17 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 La mémoire à long terme englobe différents systèmes de mémoire relativement indépendants : → Mémoire épisodique → Mémoire sémantique → Mémoire procédurale 1) Mémoire épisodique o est la mémoire qui nous permet de nous remémorer des événements vécus,  en étant capable de les restituer dans leur contexte d’apprentissage.  Ex : se souvenir de ce qu’on a mangé au restaurant hier soir o est un niveau du fonctionnement mnésique fondamental. o C’est par la mémoire épisodique que nous constituons notre histoire personnelle  que nous sommes capables de nous projeter dans l’avenir. 2) Mémoire sémantique o L’information stockée en mémoire sémantique est décontextualisée  nous savons que Madrid est la capitale de l’Espagne, mais nous sommes incapables de dire où et comment nous l’avons appris o est la mémoire qui rassemble nos connaissances que nous avons du monde qui nous entoure 3) mémoire procédurale o l’apprentissage et la rétention des habiletés perceptivo motrices ou cognitives, ainsi que le conditionnement  par exemple, être capable de rouler à vélo, de dactylographier, de nager o l’apprentissage se fait de manière progressive et qu’il s’automatise petit à petit, jusqu’à devenir difficilement verbalisable 4. L’apprentissage L’apprentissage = le processus par lequel des connaissances et des comportements se trouvent améliorés  amélioration de la performance, majoration de la quantité d’information connue DISTINCTION APPRENTISSAGE ET MATURATION La maturation = développement automatique et préprogrammé qui se développe sans qu’il y ait besoin d’un apprentissage, en laissant juste « passer le temps ». 18 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 A. Apprentissage associatif CONDITIONNEMENT RÉPONDANT (PAVLOV, 1906) → associer deux stimuli Avant l’apprentissage o Stimulus inconditionnel → réponse inconditionnelle o Stimulus neutre → pas de réponse Conditionnement o Stimulus inconditionnel + stimulus neutre → réponse inconditionnelle Après l’apprentissage o Stimulus inconditionnel → réponse inconditionnelle o Stimulus conditionnel → réponse conditionnelle Extinction o On peut observer une disparition progressive de la réponse conditionnée o Cette disparition n’est pas un oubli  réapprentissage est plus rapide  réponse conditionnée peut réapparaitre spontanément Généralisation o Le lien entre stimulus et réponse conditionnée peut s’étendre à des stimuli partageant des propriétés similaires au stimulus conditionnel.  dans la « Little Albert experiment » (Watson & Rayner, 1920), « Albert a peur du rat » devient « Albert a peur de tous les animaux à fourrure blanche ». CONDITIONNEMENT OPÉRANT (SKINNER) → associer un stimulus et une réponse Le comportement est fonction de ses conséquences. l’association se fait entre une réponse et la conséquence de cette réponse.  Par exemple, le fait d’appuyer sur un bouton a pour conséquence, l’apparition de nourriture (Boite de Skinner). 19 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Renforcement Le renforcement est une conséquence qui augmente la fréquence de la réponse o Renforcement positif : la conséquence est un stimulus appétitif o Renforcement négatif : la conséquence est l’arrêt d’un stimulus aversif. Punition La punition est une conséquence qui diminue la fréquence de la réponse. o Punition positive : la conséquence est un stimulus aversif o Punition négative : la conséquence est l’arrêt d’un stimulus appétitif. Tout comme dans le conditionnement répondant, on retrouve o des phénomènes d’extinction o des phénomènes de généralisation B. Apprentissage non-associatif 1.HABITUATION survient lors de la répétition d’un stimulus neutre (n’ayant pas de conséquence pour l’organisme)  Cette répétition entraîne une disparition progressive du comportement en réponse à ce stimulus (ne fut-ce qu’une diminution de l’intérêt que l’on y porte) o Le phénomène d’habituation est observé chez toutes les espèces animales. o Permet de faire l’économie de traitements.  Un stimulus répété de manière monotone apporte de moins en moins d’infos sur l’environnement. o L’habituation nécessite la formation d’une trace mnésique  l’animal doit garder une mémoire des expériences passées. Discrimination sensorielle chez le nourrisson = l’aptitude à détecter les différences entre stimuli  L’habituation est utilisée pour évaluer la discrimination sensorielle chez le nourrisson o Si les stimuli sont perçus comme identiques, il n’y a pas de discrimination, et on observe une habituation. o Par contre, si le nourrisson perçoit une différence, même minime, on observe une déshabituation. Alors on sait que le bébé discrimine le rouge du bleu 20 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 2. SENSIBILISATION survient lors de la répétition d’un stimulus nocif (ex : un stimulus douloureux)  Dans ce cas, la répétition n’entraîne pas une disparition progressive de la réponse La sensibilisation = augmentation de l’amplitude de la réponse au stimulus. o S’intéresse aussi à la réponse de stimulus non-nocifs o Les mécanismes de sensibilisation interviendraient dans le syndrome post-traumatique Expérience : lésion au point B en chauffant la peau, cette brulure provoque une réaction inflammatoire. si on implique des stimuli à cet endroit ça va évoquer une sensation de douleur plus importante. C. Parenthèse : le stentor coeruleus stentor coeruleus = organisme unicellulaire de la famille des protozoaires.  présent dans les mares, les lacs, et les rivières o Il forme essentiellement une bouche (cystosome) entourée de cils. o Il peut flotter librement, mais, en général, il se fixe à une paroi en sécrétant une substance mucoïde. o En vibrant, les cils du stentor créent un tourbillon dans lequel s’engouffrent des particules alimentaires (cellules d’algues, bactéries et autres organismes cellulaires). DESCRIPTION DU SENTOR COERULEUS (JENNINGS, 1906) Description du stentor lorsque celui-ci est exposé à une substance légèrement nocive pour le stentor: le pigment rouge carmin. 1) Le stentor se replie sur le côté.  Cette réaction est souvent efficace pour se débarrasser du stimulus nocif.  Ces mouvements sont possibles grâce aux myonèmes, des fibres capables de se contracter. 2) Si cette première réaction ne permet pas de chasser l’agent nocif, le stentor déclenche une deuxième réaction.  Les mouvements de battement des cils changent de direction, ce qui a pour effet d’inverser le flux de liquide :  le stentor tente une deuxième approche pour chasser l’agent nocif. 3) Si cette deuxième réaction reste insuffisante, le stentor déclenche une troisième réaction 21 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022  Il se rétracte dans son tube, ce qui lui permet d’échapper au stimulus nocif, mais l’empêche également de s’alimenter.  En général, le stentor reste rétracté pendant une trentaine de secondes, puis, lentement, se redéploye. Supposons que le stimulus irritant soit toujours présent lorsque le stentor se redéploye. o Dès que le stimulus irritant rentre à nouveau en contact avec le stentor, il se contracte immédiatement, sans exécuter la séquence de comportements précédents. o D’autre part, à chaque répétition, le stentor reste rétracté pendant une période plus longue. → Cette observation est la preuve de l’existence d’une capacité d’apprentissage (ici, sensibilisation) chez cet organisme unicellulaire. D. Conclusion 1) Importance phylogénétique de disposer d’un système capable de détecter et de répondre à la survenue d’un stimulus nocif, et de se sensibiliser. Disposer d’une telle capacité est probablement un des traits les mieux conservés à travers l’ensemble des organismes vivants. 2) Importance phylogénétique de la plasticité, permettant à un organisme de modeler ses réponses en fonction des expériences et des apprentissages. 3) Un organisme unicellulaire est déjà capable de produire un riche répertoire de réponses comportementales à un stimulus nocif, et ce sans disposer de système nerveux. 5. Présentation de l’aplysie L’aplysie fait partie de la famille des gastéropodes marins (lièvre de mer).  Travaux réaliser par Eric Kandel, qui a reçu le prix Nobel de médecine en 2000. o L’aplysie n’a pas véritablement de cerveau. o Son système nerveux est composé de ganglions nerveux  15,000 à 20,000 neurones répartis en une dizaine de ganglions o Chaque ganglion est spécialisé  chaque ganglion assure une fonction particulière 22 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 A. L’appareil respiratoire de l’aplysie o comporte : → une branchie, localisée à la face dorsale du corps où elle forme une sorte de buisson → et un siphon localisé juste à côté, qui permet de faire circuler l’eau jusqu’à la branchie o La branchie et le siphon : → sont entourés par un manteau qui a une sensibilité tactile importante et qui se déploie tout autour de l’appareil respiratoire pour capter des stimuli potentiellement nocifs pour l’appareil respiratoire. B. réflexe de retrait (« gill withdrawal reflex ») o La branchie est déployée pour capter l’eau et l’oxygène. o Lorsque l’on touche le dos de l’animal,  la branchie se rétracte au fond de la cavité palléale grâce à des muscles puissants.  permet de protéger l’organe respiratoire o Ce réflexe de retrait est assuré par un réseau de neurones très simple composé de seulement 33 neurones : 24 neurones sensoriels, 6 neurones moteurs et 3 interneurones. Malgré sa simplicité, le réflexe de retrait de l’aplysie présente des capacités d’apprentissage non associatif : habituation et sensibilisation. → On peut donc supposer qu’une trace mnésique est capable de s’inscrire dans ce réflexe. o Lorsqu’un stimulus mécanique est appliqué sur le dos de l’aplysie, celui-ci va activer des récepteurs cutanés. o La transduction du stimulus par le neurone sensoriel va générer des potentiels d’action (PA) qui se propagent au bouton terminal de la synapse entre le neurone sensoriel (NS) et le neurone moteur (NM). C. Habituation du réflexe de retrait de l’aplysie L’habituation survient lorsqu’un stimulus neutre est présenté de manière répétée et monotone.  Dans le cas de l’aplysie, il s’agira d’une goutte d’eau lâchée à intervalle régulier sur son dos (stimulation mécanique de faible intensité, non nocive). 23 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 → La goutte d’eau a pour effet une contraction réflexe de la branchie. → L’habituation correspond à une réduction de l’amplitude de la réponse au stimulus, survenant lorsque celui-ci est répété RÈGLES DE L ’HABITUATION 1) Si un stimulus neutre est répété: réduction d’amplitude de la réponse. 2) Si la répétition est interrompue: restauration spontanée de la réponse (déshabituation). 3) Si un paramètre du stimulus change: restauration spontanée de la réponse (déshabituation). 4) Après restauration de la réponse: réhabituation plus rapide que l’habituation initiale. D. Habituation du réflexe de retrait de l’aplysie COMPORTEMENT L’expérience comporte plusieurs sessions, réparties sur plusieurs jours. o Chaque jour, on mesure la durée de la contraction de la branchie induite par la chute de la goutte d’eau sur le dos de l’aplysie  exprimée en pourcentage de la durée de contraction avant répétition o Rapidement, on observe une réduction de la durée de la contraction réflexe de la branchie. o Cette observation indique que l’aplysie est capable de maintenir une trace mnésique des stimulations précédentes. ELECTROPHYSIOLOGIE Pendant l’expérience, on mesure : → le potentiel de membrane du neurone sensoriel  NS, l’élément présynaptique du réflexe → et du neurone moteur  NM, l’élément postsynaptique du réflexe 24 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 o L’amplitude du PA généré par le NS est inchangée: NS code le stimulus de manière invariante. o Lors de la première stimulation, l’activation du NS a pour conséquence un PPSE dans le NM o Après 20 minutes de stimulation, l’amplitude de la réponse du NM est réduite de moitié. o Après 50 minutes de stimulation, l’amplitude de la réponse du NM est réduite davantage o La stimulation est ensuite interrompue pendant 1-2h. o Lors de la reprise de la stimulation, on observe que l’amplitude du PPSE évoqué par le premier stimulus est presque identique à l’amplitude du PPSE obtenu avant habituation. o Par contre, l’effet de la répétition sur l’amplitude du PPSE sera beaucoup plus rapide.  Après une quinzaine de stimulations, le PPSE n’est déjà presque plus identifiable. → D’un point de vue fonctionnel, l’habituation permet une économie de traitement → Cette économie est le résultat de la plasticité du système, qui agit sur la synapse entre le NM et le NS, en réduisant le gain synaptique. E. Transmission synaptique : VOC 25 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 F. Rappel : Voltage Operating Canal (VOC) Les VOC sont à la base du déclenchement du potentiel d’action: VOC Na+ dont l’ouverture entraîne une entrée de Na+ dans la cellule  phase de dépolarisation VOC K+ dont l’ouverture plus tardive entraîne une sortie de K+  phase de repolarisation Les VOC Ca++ sont présents dans les boutons synaptiques: L’entrée de Ca++ (second messager) va provoquer la fusion des vésicules de neurotransmetteurs avec la membrane présynaptique. PROTÉINE TRANSMEMBRANAIRE FORMANT UN CANAL IONIQUE. o La protéine peut changer de configuration en fonction du potentiel de membrane. o Ce changement de configuration « ouvre » ou « ferme » le canal ionique qui devient perméable ou imperméable à certains ions. o L’entrée ou la sortie d’ions va modifier le potentiel de membrane G. Transmission synaptique : VOC Ca++ Les seconds messagers = molécules impliquées dans la signalisation cellulaire.  permettent la transduction d'un signal provenant de l'extérieur de la cellule (messager primaire), vers l'intérieur ou la surface de la cellule Le Ca++ intracellulaire est un premier type de second messager o Au repos, la concentration intracellulaire de calcium est très faible. o PA se propage jusqu’au bouton présynaptique de l’axone o La dépolarisation membranaire provoque l’ouverture de canaux ioniques voltage- dépendants (VOC) perméables au Ca++ o Entrée de Ca++ à l’intérieur de la cellule → Ce Ca++ intracellulaire agit comme un second messager sur la protéine-kinase C (PKC)  enzyme dont l’action est Ca++-dépendante 26 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 H. Rappel : seconds messagers et protéine-kinases Les protéine-kinases = enzymes qui agissent en phosphorylant d’autres protéines  ajout d’un groupement phosphate à la protéine o Cette phosphorylation entraîne une modification du fonctionnement de la protéine o Les protéine-kinases sont un élément majeur de la régulation des voies métaboliques cellulaires o Les protéine-kinases sont composées de sous-unités régulatrices et catalytiques. 1) Le second messager (Ca++ ou AMPc) se lie aux sous-unités régulatrices de la protéine-kinase (PKC ou PKA) 2) Les sous-unités catalytiques de la protéine-kinase se détachent des sous- unités régulatrices. 3) Les sous-unités catalytiques phosphorylent d’autres protéines. La phosphorylation des protéines par la protéine-kinase est réversible:  une protéine-phosphatase peut déphosphoryler les protéines phosphorylées. Le degré de phosphorylation des protéines dépend donc de l’équilibre entre l’action opposée des protéine-kinases (PK) et des protéine-phosphatases (PP) I. Transmission synaptique : synapsine L’entrée de Ca++ dans le bouton présynaptique a pour conséquence activation de protéine- kinase (PKC)  La PKC va phosphoryler une protéine: la synapsine. Lorsque la synapsine est phosphorylée : o elle libère les vésicules synaptiques qui sont emprisonnées dans le cytosquelette du bouton présynaptique o Une fois libérées, les vésicules synaptiques se mobilisent et fusionnent avec la membrane présynaptique:  libération de neurotransmetteur dans la fente synaptique. 27 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 J. Transmission synaptique : ROC (Receptor Operating Canal) Les ROC sont à la base de la transmission synaptique :  génère des potentiels post-synaptiques excitateurs et inhibiteurs par liaison au récepteur postsynaptique du neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique ROC = Protéine transmembranaire formant un canal ionique o La protéine peut changer de configuration en fonction de l’absence ou de la présence d’un ligand qui se lie à un site récepteur. o Ce changement de configuration « ouvre » ou « ferme » le canal ionique qui devient perméable ou imperméable à certains ions. o L’entrée ou la sortie d’ions dans la cellule va modifier le potentiel de membrane. K. La synapse : un amplificateur à gain variable L’amplitude du PPSE (dépolarisation) ou du PPSI (hyperpolarisation) est fonction 1) du type de neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique 2) de la quantité de neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique 3) du nombre de récepteurs (ROC) présents sur la membrane postsynaptique 4) de la disponibilité de ces récepteurs (le site récepteur peut déjà être occupé) Dans chaque vésicule synaptique se trouve un nombre fini de neurotransmetteurs.  La quantité de neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique est fonction : 1) de la quantité de neurotransmetteur contenu dans chaque vésicule, 2) de la quantité de vésicules libérées qui fusionnent avec la membrane présynaptique 28 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 En considérant que les autres paramètres restent constant, l’amplitude du potentiel postsynaptique peut être réduit à : En faisant varier les paramètres n et q, la synapse va agir comme un amplificateur à gain variable.  La transmission synaptique peut être atténuée ou amplifiée. L. Habituation du réflexe de retrait de l’aplysie L’effet de la répétition du stimulus neutre sur l’amplitude du PPSE est le résultat d’une modification du gain de la synapse entre le neurone sensoriel (NS) et le neurone moteur (NM) Plusieurs expériences ont montré que le paramètre q reste constant.  La réduction du gain de la synapse est donc la conséquence d’une réduction du paramètre « nombre de vésicules synaptiques fusionnant avec la membrane présynaptique. » (n) Le paramètre « n »est fonction : 1) du nombre total de vésicules disponibles dans le bouton présynaptique (N) 2) de la probabilité que chacune de ces vésicules (vésicule i) soit mobilisée (pi) Plusieurs expériences ont montré que le paramètre N reste pratiquement constant  C’est donc le paramètre « pi » qui intervient dans la réduction du gain de la synapse. CONCENTRATION DE CA++ la concentration intracellulaire de Ca++ diminue de manière marquée pendant l’habituation.  La réduction de « pi » serait donc essentiellement la conséquence d’une réduction de la concentration intracellulaire de Ca++. la diminution de Ca++ intracellulaire pendant l’habituation est la conséquence d’une modification du fonctionnement (habituation à court terme) et même de la structure (habituation à long terme) du VOC Ca++. 29 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 → NS reste sensible au monde extérieur (les PA générés par le stimulus sont inchangés) → L’habituation est expliquée par une réduction de la mobilisation des vésicules synaptiques, résultant d’une modification du fonctionnement et de la structure du VOC Ca++. on a montré que l’habituation à long terme entraîne une diminution du nombre de synapses entre NS et NM. → l’aplysie est capable de garder une trace mnésique des stimulations précédentes.  un premier exemple de relation causale entre structure, fonctionnement et fonction. M. Sensibilisation du réflexe de retrait de l’aplysie La sensibilisation = augmentation de l’amplitude de la réponse au stimulus.  La sensibilisation survient lorsqu’un stimulus nocif est répété. GÉNÉRALISATION La sensibilisation n’intéresse pas seulement la réponse au stimulus nocif, mais également la réponse à des stimuli non-nocifs, appliqués à distance du stimulus conditionnant. Pour l’aplysie : o stimulus nocif → stimulation électrique intense appliquée au niveau de la tête de l’aplysie o la sensibilisation induite par cette stimulation aura pour conséquence une augmentation de la réponse à la stimulation non-nocive du dos de l’aplysie. SENSIBILISATION À COURT TERME DU RÉFLEXE DE RETRAIT DE L ’APLYSIE La sensibilisation à court terme peut déjà survenir après une seule stimulation nocive. o Tout comme dans l’habituation, le neurone sensoriel du dos (NSD) est connecté au neurone moteur (NM) via une synapse axo-somatique o la sensibilisation fait intervenir un interneurone facilitateur (INF) sérotoninergique  Cet interneurone réalise une connexion entre le neurone sensoriel de la tête (NST) et le neurone sensoriel du dos (NSD) o Le neurone sensoriel de la tête est connecté à interneurone facilitateur sérotoninergique via une synapse axo-somatique. o L’interneurone facilitateur sérotoninergique est connecté au neurone sensoriel du dos via une connexion axo-axonique qui se termine sur le bouton terminal du neurone sensoriel du dos 30  Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Mécanisme d’action de l’interneurone facilitateur sérotoninergique Un stimulus nocif est appliqué sur la tête de l’animal : 1) Activation du NSt → Activation de l’INF 2) Activation de l’INF → Action sur le bouton terminal du NSd o Le neurotransmetteur libéré par l’INF est la sérotonine. o La sérotonine est exocytée dans la fente synaptique de la synapse axo-axonique connectant l’INF avec le bouton terminal du NSD. o La sérotonine se fixe à des récepteurs métabotropiques sérotoninergiques du bouton terminal du NSD  Les récepteurs métabotropiques ne forment pas un canal ionique  L’action des récepteurs métabotropiques se réalise au terme de plusieurs étapes métaboliques  Le plus souvent, les récepteurs métabotropiques sont couplés à une protéine G. 1) Récepteur métabotropique couplé à une protéine G 2) Liaison d’un neurotransmetteur au site récepteur du récepteur métabotropique 3) Activation de la protéine G qui se détache du récepteur métabotropique 4) Action de la protéine G « activée » sur des canaux ioniques 5) Action de la protéine G « activée » sur d’autres protéines effectrices Rappels : seconds messagers AMPc et PKA L’adénosine monophosphate cyclique (AMPc) est un deuxième type de second messager Fixation du neurotransmetteur (1er messager) au récepteur métabotropique. Activation de la protéine G Action de la protéine G activée sur l’adénylate cyclase Transformation de l’ATP en AMPc par l’adénylate-cyclase. Action de l’AMPc (2nd messager) sur la protéine kinase A (PKA), une enzyme dont l’action est AMPc-dépendante. 31 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Modification du fonctionnement d’un canal ionique voltage-dépendant La sensibilisation à court terme du NSD est le résultat de la modification du fonctionnement d’un canal ionique voltage dépendant (VOC) perméable aux ions K+. 1) exocytose de sérotonine par INF 2) liaison de la sérotonine au récepteur sérotoninergique du NSD et activation de la protéine G 3) la protéine G activée se lie et active l’adénylate-cyclase 4) l’adenylate-cyclase transforme l’ATP en AMPc 5) AMPc active la protéine-kinase A (PKA) 6) Les sous-unités catalytiques de PKA phosphorylent VOC K+ 7) Modification du fonctionnement de VOC K+ Lorsque VOC K+ est phosphorylé, l’ouverture du canal ionique déclenchée par la dépolarisation est retardée.  Ceci entraine une augmentation de la durée de la dépolarisation du neurone faisant suite à un PA.  La phase de repolarisation du PA est retardée. 32 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 L’augmentation de la durée de la dépolarisation membranaire induite par le PA survenant dans le NSD a pour conséquence : o une augmentation de la durée de l’ouverture des VOC Ca++ du bouton terminal o et, donc, une augmentation de la mobilisation des vésicules présynaptiques du NSD En résumé la libération de sérotonine par l’Interneurone facilitateur sérotoninergique a pour résultat une augmentation du gain de la synapse axo-somatique entre le neurone sensoriel du dos et le neurone moteur.  par augmentation de la probabilité que chacune des vésicules soit mobilisées (pi) Cette sensibilisation à court terme est réversible.  « L’oubli » de la sensibilisation se fera par déphosphorylation des VOC K+ par des protéines-phosphatase. SENSIBILISATION À LONG TERME DU RÉFLEXE DE RETRAIT DE L ’APLYSIE Pour induire une sensibilisation à long terme, le plus souvent, il faut répéter le stimulus nocif o Contrairement à la sensibilisation à court terme, la sensibilisation à long terme va modifier la structure des neurones. o Cette modification de structure va faire intervenir le patrimoine génétique  activation de la transcription d’une partie du génome et, ainsi, synthèse de nouvelles protéines. Rappel : synthèse des protéines Les protéines sont une séquence spécifique d’acides aminés.  Ces séquences sont stockées dans le patrimoine génétique de la cellule (ADN). Le passage du gène à la protéine fait intervenir deux étapes: 1) la transcription de l’ADN en ARN messager à l’intérieur de la cellule 2) la traduction de l’ARN messager en protéine dans le cytoplasme de la cellule Activation de la transcription Nous avons vu que le stimulus nocif a pour conséquence (via l’action de l’INF sur le NSD) la synthèse d’AMPc et, ainsi, la libération de sous-unités catalytiques de la PKA 33 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Sensibilisation à long terme = migration des sous-unités catalytiques vers le soma du NSd Ces éléments catalytiques rentrent dans le noyau et phosphorylent une autre protéine : CREB-1.  CREB-1 est un facteur de transcription. Lorsque CREB-1 est phosphorylé, il se fixe à une séquence non-codante de l’ADN (site CRE).  A pour effet d’accroitre ou de réduire la transcription de certains gènes (early genes)  donc d’accroitre ou de réduire leur expression (traduction: synthèse de nouvelles protéines) « early genes » = des gènes qui peuvent être activés de manière rapide et transitoire par un stimulus cellulaire. Régulation de la transcription L’activation de la transcription par CREB-1 est un phénomène hautement régulé.  Régulation est indispensable car les « early genes » codent pour des protéines régulant la croissance cellulaire, la différenciation cellulaire, la mitose cellulaire.  Si la transcription n’est pas régulée, ceci entraînerait une reproduction anarchique (tumorale) des cellules. La régulation de la transcription fait intervenir une autre protéine : CREB-2  un « répresseur de la transcription ». Lorsque CREB-1 est lié à CREB-2, CREB-1 ne peut pas être phosphorylé, et ne peut donc pas activer la transcription. la séparation de CREB-1 et CREB-2 fait intervenir l’action d’une autre protéine : MAPK (mitogen activated protein kinase) dont le mode d’action reste inconnu. Synthèse d’ubiquitine hydroxylase (exemple) L’activation de la transcription par CREB-1 va entrainer la synthèse d’ubiquitine hydroxylase.  enzyme qui stimule la dégradation des sous-unités régulatrices de la PKA Ceci aura pour conséquence une augmentation durable de la concentration de sous-unités catalytiques libres (activées) de la PKA (elles ne peuvent plus se refixer aux sous-unité régulatrices)  « PKA persistante » (une certaine quantité de PKA est dans un état « activé » en permanence, même en l’absence de sérotonine / AMPc). → augmentation de la phosphorylation. 34 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Synthèse de protéine C/EBP et transcription de « late genes » (exemple) L’activation de la transcription par CREB-1 va entrainer la synthèse d’une autre protéine : C/EBP  Comme CREB-1, C/EBP est un activateur de la transcription. C/EBP active la transcription de « late genes »  gènes activés après l’activation des early genes  entraîne la synthèse de nouvelles protéines et de nouvelles terminaisons synaptiques. Le nombre de synapses entre NSd et NM augmente de manière durable. SCHÉMA MÉMOIRE À COURT TERME / MÉMOIRE À LONG TERME 35 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 N. Conclusion : le poids synaptique La mémoire et l’apprentissage sont le résultat d’une modification à court terme et à long terme du fonctionnement et de la structure du système nerveux.  Ce phénomène de neuroplasticité est lié à la synapse, qui peut être modélisée comme un amplificateur à gain variable. L’habituation entraîne une diminution du gain de la synapse  la force du lien entre le neurone sensoriel et le neurone moteur est réduit  réduction de la mobilisation des vésicules La sensibilisation entraîne une augmentation du gain de la synapse  la force du lien entre le neurone sensoriel et le neurone moteur est renforcé  Augmentation de la mobilisation des vésicules LE GAIN SYNAPTIQUE EST UNE RÉALITÉ EMPIRIQUE Par exemple, le gain synaptique est déterminé par la quantité de calcium intracellulaire.  Les poids synaptiques sont donc de nature à la fois chimique et physique. Un souvenir se compose de beaucoup d’éléments, de modalités parfois différentes.  Un souvenir est donc ‘multivariable’  On peut émettre l’hypothèse que le souvenir est matérialisé par une matrice très complexe de poids synaptiques. → Une trace mnésique serait donc une réalité empirique, de nature à la fois chimique et physique 36 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 6. Nociception et sensibilisation chez l’homme les mécanismes de « sensibilisation centrale » du système nociceptif sont similaires aux mécanismes de « potentialisation à long terme » impliqués dans la formation d’une trace mnésique chez l’homme (fonctionnement du récepteur NMDA) A. Mécanismes de sensibilisation o Mécanismes de sensibilisation impliquant la périphérie du nocicepteur périphérique  terminaisons libres des nocicepteurs au niveau de l’épiderme, sensibilisation périphérique  deviennent plus sensible à des stimuli o Mécanismes de sensibilisation impliquant le premier relai synaptique du système nociceptif, au niveau de la corne dorsale  sensibilisation centrale  augmente le gain de la synapse entre les neurones B. douleur inflammatoire ou « douleur par excès de nociception » Il s’agit de la réponse normale du système nociceptif à un stimulus nocif prolongé. Exemple : Sensibilisation après une lésion par brûlure (53°C pendant 30 s) aux points A et D La lésion est responsable d’une inflammation, mise en évidence par la réponse « flare » La lésion est responsable d’une hyperalgésie mécanique  présente dans la zone inflammée, mais également à distance de la zone inflammée.  Douleur plus importante quand répétition de la même stimulation Exemple : Sensibilisation des nocicepteurs périphériques après une lésion par brûlure o Potentiel d’action dans une terminaison nerveuse o Axe Y : fréquence PA o Axe X : température d’une stimulation sur le champs récepteur du nocicepteurs périphériques avant et après la lésion.  Avant lésion : neurone répond après 47 degré  Après lésion : neurone répond à 41 degré → seuil d’activation de la fibre diminué, neurone davantage sensible à des températures basses. 37 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 C. Lésion tissulaire et inflammation Toute lésion tissulaire provoque une inflammation Signes cardinaux de l’inflammation : 1) Calor – chaleur 2) Dolor – douleur 3) Rubor – rougeur 4) Tumor – tumeur La réaction inflammatoire = l’ensemble des phénomènes réactionnels déclenchés par l’agression d’un agent pathogène.  La réaction inflammatoire est le résultat de l’action de nombreuses molécules libérées dans le milieu extracellulaire.  Ces molécules forment la « soupe inflammatoire » SOUPE INFLAMMATOIRE Les molécules de la « soupe inflammatoire » proviennent de plusieurs types de cellules : 1) Les cellules lésées qui libèrent leur contenu intracellulaire dans le milieu extracellulaire 2) Les cellules de la lignée inflammatoire et les cellules endothéliales, 3) Les nocicepteur D. Sensibilisation périphérique à court terme Les molécules de la “soupe inflammatoire” se lient à des récepteurs métabotropiques des terminaisons libres des nocicepteurs Activation de protéine-kinases et phosphorylation de protéines induisant une modification des propriétés fonctionnelles des nocicepteurs = sensibilisation Ex de protéines qui rendent le nocicepteurs plus efficaces : o TTXr: (influx de Na+), o TRPV-1: (abaissement seuil d’activation) E. Sensibilisation périphérique à long terme Certains signaux sont transportés le long de l’axone jusqu’au corps cellulaire des nocicepteurs dans le ganglion dorsal Ces signaux peuvent moduler la transcription et, ainsi, l’expression de certains gènes 38 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 NGF-Trka (exemple) Les macrophages (cellule de la lignée inflammatoire) : libèrent dans le milieu extracellulaire des cytokines et des neurotrophines, en particulier, le NGF (nerve growth factor). 1) NGF se lie aux récepteurs TrKa de la membrane des nocicepteurs 2) Le complexe NGF/TrKa est internalisé à l’intérieur de la cellule et transporté vers le noyau situé dans le ganglion de la corne dorsale. 3) NGF est un facteur de la transcription qui va moduler la synthèse de protéines par le nocicepteur. Exemple : Si on injecte des ingrédients de la soupe inflammatoire pendant plusieurs jours dans un muscle, le nombre de terminaison libre est presque doubler. En résumé : La sensibilisation périphérique des nocicepteurs par les substances de l’inflammation aura pour conséquence qu’un même stimulus nociceptif va évoquer une plus grande réponse neuronale. La sensibilisation périphérique à court terme est le résultat d’une modification du fonctionnement des protéines des nocicepteurs (phosphorylation).  Ces mécanismes sont réversibles, et semblables aux mécanismes de sensibilisation à court terme de l’aplysie.(aplysie= mollusque) Tout comme dans la sensibilisation à long terme du réflexe de retrait de l’aplysie, l’action prolongée des agents inflammatoires sur les nocicepteurs va induire une modification durable de la structure des nocicepteurs Douleur chronique serait dû à cela, phénomène durable de sensibilisation Anti-inflammatoire réduit la réaction inflammatoire donc réduit la sensibilisation F. Sensibilisation centrale Le stimulus nociceptif provoque une dépolarisation de la membrane du nocicepteur (par exemple, ouverture du canal VR-1 perméable aux ions Na+ et Ca++ provoqué par un échauffement)  La dépolarisation membranaire du nocicepteur déclenche des PAs. Dans le bouton terminal du nocicepteur, le PA provoque la libération de glutamate (neurotransmetteur) dans la fente de la synapse entre le nocicepteur (1er neurone) et le neurone nociceptif spinal (2ème neurone). 39 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 STIMULATION DE COURTE DURÉE Le glutamate est capté par les récepteurs AMPA de la membrane postsynaptique du neurone spinal. L’activation de AMPA provoque l’entrée de Na+ et, ainsi, la genèse d’un PPSE. Les récepteurs AMPA sont responsables de la transmission synaptique en tant que telle. STIMULATION DE LONGUE DURÉE Lorsque la stimulation nociceptive est soutenue, ceci va provoquer l’activation du récepteur NMDA. Le récepteur NMDA est couplé à un canal ionique perméable aux ions Na+ et surtout Ca++ Ce canal est perméable si et seulement si deux conditions sont réunies simultanément: 1) Le glutamate doit être lié au site récepteur (récepteur-dépendant) 2) La membrane doit partiellement dépolarisée pour expulser le bouchon de Mg++ qui obstrue le canal (voltage-dépendant) Lorsque la stimulation nociceptive est soutenue → ces deux conditions sont réunies  accumulation de glutamate dans la fente synaptique et dépolarisation membranaire par les PPSE générés par l’activation des récepteurs AMPA Le canal NMDA reste ouvert longtemps (100-200 ms):  Entrée de Na+ et surtout de Ca++ dans le neurone spinal. L’entrée de Ca++ va activer PKC et, ainsi, induire la phosphorylation de diverses protéines, par exemple : 1) Phosphorylation des récepteurs NMDA.  L’ouverture du canal ionique ne nécessite plus la dépolarisation préalable de la membrane. 2) Phosphorylation des récepteurs AMPA.  Augmentation de leur fonctionnement. → Ces modifications vont entraîner une dépolarisation supplémentaire et une entrée supplémentaire de Ca++ dans le neurone spinal. 3) Activation de la transcription et modification de la synthèse de protéines  comme dans la sensibilisation à long terme du réflexe de l’aplysie, la sensibilisation centrale induit une modification persistante de la structure du système nerveux. 40 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 Enregistrement neurone spinal A) réponse d’un neurone spinal à des chocs électriques sur l’élément présynaptique (nocicepteurs)  On voit qu’à la cinquième impulsion le neurone spinal génère davantage de PA → augmentation du gain synaptique. B) Nombre de PA en fonction du temps  Après 10 secondes, chaque impulsion génère plus de PA → sensibilisation  Si injection d’un antagoniste du récepteur NMDA la droite resterait linéaire (droite blanche) Les mécanismes de sensibilisation centrale du neurone nociceptif spinal, faisant intervenir l’activation du récepteur NMDA, sont semblables aux mécanismes de « potentialisation à long terme » impliqués dans la consolidation d’une trace mnésique au niveau de l’hippocampe. G. Implications thérapeutiques des mécanismes de sensibilisation ANALGÉSIE PRÉVENTIVE kétamine = antagoniste du récepteur NMDA  elle se lie au récepteur NMDA et bloque ainsi son activation par le glutamate (diminution de la disponibilité du récepteur). Administré pendant un geste chirurgical, la kétamine pourrait diminuer les effets de sensibilisation centrale secondaires à la stimulation nociceptive. Si on bloque le récepteur MNDA on bloque l’augmentation du gain synaptique entre le nocicepteur et le neurone spinal  La Kétamine est administrée par voie veineuse afin de diminuer la sensibilisation A) Placebo + morphine pdt 3 jours B) Kétamine + morphine pdt 3 jours Gris clair : un jour après / Gris foncé : quelques jours après Zone cutanée hyperlagique (= zone plus sensible autour de l’incision) 41 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 H. Conclusion Mécanismes de sensibilisation périphérique à court terme  activation de récepteurs métabotropiques et phosphorylation de protéine o modifient de manière réversible la fonction des nocicepteurs. o Ces mécanismes ressemblent aux mécanismes de sensibilisation à court terme décrits chez l’aplysie. Mécanismes de sensibilisation périphérique à long terme  modulation de la transcription et, ainsi, modulation de la synthèse de protéines o modifient de manière durable la structure des nocicepteurs o Ces mécanismes ressemblent aux mécanismes de sensibilisation à long terme décrits chez l’aplysie. mécanismes de sensibilisation centrale à court terme et à long terme  Font intervenir le récepteur NMDA o Ces mécanismes sont en tous points semblables aux mécanismes de « potentialisation à long terme » impliqués dans la consolidation d’une trace mnésique au niveau de l’hippocampe 7. Mémoire et apprentissage chez l’homme L’hippocampe = structure nerveuse dont la principale fonction serait de former et consolider les traces mnésiques déclaratives  mémoire épisodique et sémantique A. Le cas H.M. souffrait de crises d’épilepsie particulièrement résistantes au traitement médical.  Pour traiter l’épilepsie → ablation chirurgicale des foyers épileptiques Pendant l’intervention chirurgicale, on retire bilatéralement : o l’hippocampe o l’amygdale o partie du gyrus parahippocampique. Après l’intervention chirurgicale : A perdu toute capacité d’apprentissage en mémoire déclarative  Incapable d’encoder de nouvelle trace mnésique en mémoire épisodique  problème d’encodage et de consolidation de la trace mnésique.  Est parfaitement conscient de tout ce qu’il vit, mais il l’oublie aussi tôt Sa mémoire déclarative ancienne est pratiquement intacte. (pas problème récupération) 42 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 → Implique que l’hippocampe est une structure essentielle pour l’encodage et la consolidation de la mémoire déclarative. sa capacité d’apprentissage en mémoire procédurale est intacte  Jour après jour s’améliore dans la tâche  Mais il faut lui réexpliquer à chaque fois en quoi consiste la tâche  Ne se souvient pas de l’avoir déjà faite.  Quand l’expérimentateur lui dit que ses performances sont bonnes, il est convaincu que c’est dû au hasard. Déficit isolé d’encodage et de consolidation en mémoire déclarative sans atteinte de la mémoire procédural :  montre que les deux types de mémoires sont sous-tendus par des systèmes (et structures) différentes. B. Ictus amnésique L’ictus amnésique = pathologie fréquente chez la personne âgée > 50 ans o dysfonctionnement brutal mais réversible de l’hippocampe (l’étiologie reste indéterminée) o Brusquement, pendant plusieurs heures :  le patient est incapable de former de nouveaux souvenirs → amnésie antérograde  et éprouve des difficultés importantes à restituer des événements survenus avant l’épisode → amnésie rétrograde o Pendant l’ictus, le patient présente une symptomatologie semblable au patient H.M. (sorte de migraine, épilepsie) o Après l’ictus, le patient conserve une amnésie lacunaire des faits survenus pendant l’ictus. (pas de souvenir) C. Structure, organisation intrinsèque et connexions de l’hippocampe NIVEAU MACROSCOPIQUE L’hippocampe (ou corne d’Ammon) : o se trouve dans la partie ventrale du lobe temporal. o Il s’agit d’une structure corticale ancienne (archicortex, paléocortex) repliée sur elle-même et située dans la face médiane du lobe temporal. 43 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 L’hippocampe est entourée : o du cortex parahippocampique o du cortex entorhinal o du cortex périrhinal L’hippocampe fait partie du système limbique, qui comprend également : o l’amygdale o la circonvolution cingulaire o le fornix o l’hypothalamus. NIVEAU MICROSCOPIQUE L’hippocampe est formée du gyrus dentelé et de la corne d’Ammon La corne d’Ammon = ruban de cellules nerveuses, divisé en quatre parties (CA1-CA4) selon son épaisseur, la taille des cellules qui la compose, et la densité cellulaire. o Neurones de la corne d’Ammon = neurones pyramidaux o Neurones du gyrus dentelé = neurones granulaires CONNEXIONS AFFÉRENTES Les afférences qui parviennent à l’hippocampe proviennent de toute une série de régions corticales unimodales et polymodales associatives.  Toutes ces afférences sont relayées dans les régions parahippocampiques et perirhinales (dont on ne connait pas la fonction.)  Ensuite, elles transitent dans le cortex entorhinal.  Finalement, ces afférences entrent dans l’hippocampe, principalement dans le gyrus dentelé, où elles font synapse avec les cellules granulaires, via le faisceau perforant de l’hippocampe. CONNEXIONS EFFÉRENTES La principale voie de sortie de l’hippocampe est le subiculum 44 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 En suivant un chemin inverse à celui des connexions afférentes : o Les connexions efférentes de l’hippocampe rejoignent le cortex entorhinal o les régions parahippocampiques et perirhinales o et, enfin, les régions corticales unimodales et multimodales. AFFÉRENCES ET EFFÉRENTES Les afférences et efférences de l’hippocampe forment une boucle complexe où les entrées et les sorties sont imbriquées. Ces boucles vont traiter l’information avant son stockage MALADIE D’ALZHEIMER Les premières plaques séniles apparaissent dans le cortex entorhinal  L’interruption des entrées et sorties de l’hippocampe par les plaques séniles pourrait expliquer les troubles mnésiques précoces de cette maladie. D. Potentialisation à long terme (« long term potentiation », LTP) POTENTIALISATION POST -TÉTANIQUE (PPT) La potentialisation à long terme a été mise en évidence dans une série d’expériences basées sur la stimulation tétanique de la voie collatérale de Schaffer Collatérale de Schaffer = voie intrahippocampique constituée des axones des cellules pyramidales localisées dans CA3, faisant synapse avec les dendrites des cellules pyramidales localisées dans CA1 Stimulation tétanique = stimulation électrique à forte intensité, haute fréquence et durée prolongée d’une voie nerveuse. → Appliquée sur un nerf moteur, la stimulation tétanique provoque une « contraction tétanique » semblable à la contraction musculaire engendrée par la neurotoxine du tétanos. Placer électrodes électrode de stimulation dans un axone de la collatérale de Schaffer  Stimulation des axones provenant des cellule pyramidale de CA3. 45 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 électrode d’enregistrement dans le soma d’une cellule pyramidale de CA1.  Enregistrement des PPSE générés par la stimulation de l’axone de CA3. 1) Mesure de l’amplitude du PPSE avant la stimulation tétanique (valeur contrôle). 2) Stimulation tétanique de la collatérale de Schaffer : 5 chocs séparés de 2 ms 3) Mesure de l’amplitude du PPSE après la stimulation tétanique Potentialisation post-synaptique à court terme Après tétanisation, l’amplitude du PPSE augmente de 20- 50%. Après 5-20 min de repos, l’amplitude du PPSE diminue à une valeur proche de celle avant tétanisation → Effet transitoire à court terme: la trace mnésique n’est pas encore consolidée. Potentialisation post-synaptique à long terme Répétition de plusieurs stimulations tétaniques. La potentialisation post-synaptique (augmentation PPSE) persiste pendant plusieurs semaines. → Effet persistant à long terme: la trace mnésique est consolidée. POSTULAT DE HEBB : UN MÉCANISME D’ASSOCIATION ENTRE NEURONES Des expériences ont montré que : o l’effet de potentialisation induit par la stimulation tétanique peut être obtenue si on stimule normalement, mais de manière synchrone le neurone pyramidal de CA3 et le neurone pyramidal de CA1. o Un choc unique et synchronisé sur CA3 et CA1, répété quelques fois, induit une augmentation significative du PPSE.  Cette potentialisation persiste pendant plusieurs semaines détection de coïncidence La potentialisation à long terme pourrait constituer un mécanisme d’association entre neurones par détection de coïncidence.  Ce mécanisme pourrait expliquer comment une population de neurones se lie dans le mécanisme de mémoire → renforcement des connexions synaptiques entre les neurones d’une population activée simultanément 46 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 o Ces assemblées de neurones peuvent réunir les informations contenues dans des endroits différents du cortex, liés par une synchronisation temporelle  Ex : dans la mémoire épisodique, il y aurait synchronisation des représentations neuronales d’éléments visuels et auditifs de l’épisode o Le souvenir pourrait être essentiellement la conséquence d’une réactivation de cette assemblée de neurone  réactivation qui serait possible grâce aux connexions synaptiques renforcées System -level memory consolidation theory Quand on regarde une image : Connexions synaptiques entre A-C-E renforcées → un peu d’activité dans l’un des neurones suffit pour réactiver l’ensemble des neurones qui avaient été activé lors de la trace mnésique Les connexions synaptiques sont renforcées dans l’hippocampe. (mais ne sont pas stockées à cette endroit car patient HM se souvient du passé même sans hippocampe) o La trace mnésique en mémoire déclarative se créée et se stabilise dans l’hippocampe. o Au fil du temps, chaque trace mnésique continue d’être modelée o Finalement, les connexions synaptiques s’installent et se renforcent directement au niveau du cortex sans l’intervention de l’hippocampe. (nombre restreint de neurone dans l’hippocampe donc ne peut pas stocker) AU NIVEAU DE LA SYNAPSE : RÉCEPTEUR AMPA stimulation électrique unique de l’axone du neurone pyramidal de CA3  Neurone génère un PA  Sortie de neurotransmetteur glutamate dans la fente de la connexion synaptique entre CA3 et CA1  Le glutamate est capté par les récepteurs ionotropiques AMPA, ce qui provoque l’entrée de Na+ dans le neurone postsynaptique et la genèse d’un PPSE AU NIVEAU DE LA SYNAPSE : RÉCEPTEUR NMDA Le canal ionique du récepteur NMDA ne s’ouvre que 1) si le glutamate est lié au site récepteur (canal récepteur-dépendant) 2) si la membrane est dépolarisée (expulsion du « bouchon » Mg++, canal voltage- dépendant) → Lors d’une stimulation unique de l’axone de CA3, le récepteur NMDA n’est pas activé car la membrane postsynaptique n’est pas dépolarisée. 47 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 La stimulation tétanique de l’axone de CA3 va provoquer l’activation des récepteurs NMDA.  En effet, les deux conditions nécessaires à l’activation du récepteur NMDA sont réunies : 1) présence de neurotransmetteur glutamate dans la fente synaptique 2) dépolarisation de la membrane postsynaptique par l’action soutenue de CA1 (via AMPA) L’ouverture du canal NMDA provoque l’entrée de Na+ et surtout de Ca++ dans le neurone CA3  L’entrée de Ca++ entraîne la phosphorylation de diverses protéines (via l’activation de PKC). o phosphorylation des récepteurs NMDA - l’ouverture du canal ne nécessite plus de dépolarisation de la membrane postsynaptique o phosphorylation des récepteurs AMPA, ce qui augmente leur efficacité. → Ces modifications du fonctionnement du neurone CA1 ont pour conséquence une augmentation marquée du gain de la synapse entre neurone CA3 et CA1  Il s’agit, à ce stade, de modifications à court terme, induites par la phosphorylation réversible de protéines par des protéine-kinases Remarque : l’amplification dans les voies de transduction intracellulaire Les protéine-kinases peuvent phosphoryler un grand nombre de protéines cibles.  Cette cascade a pour conséquence un accroissement considérable de la puissance du signal initial. comme dans la sensibilisation à long terme du réflexe de retrait de l’aplysie l’activation prolongée de CA3 va avoir pour conséquence l’activation de la transcription « early-genes » dans le neurone CA1  et, ainsi, une modulation de la synthèse protéique.  La potentialisation à long terme va induire un changement durable de la structure du système nerveux 48 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 N.B. Dans la sensibilisation à long terme décrite chez l’aplysie, le mécanisme d’action était essentiellement présynaptique. Dans la potentialisation à long terme, le mécanisme d’action est essentiellement postsynaptique. DÉTECTION DE COÏNCIDENCE ET RÉCEPTEUR NMDA la potentialisation à long terme (renforcement durable de la connexion synaptique entre le neurone présynaptique CA3 et le neurone postsynaptique CA1) peut être induite par l’activation synchrone du neurone CA3 et du neurone CA1.  ce mécanisme de « détection de coïncidence » pourrait expliquer comment une population de neurones se lie dans le mécanisme de mémoire. Le canal ionique du récepteur NMDA n’est ouvert que si deux conditions sont réunies  Ces deux conditions sont réunies lorsque le neurone présynaptique et le neurone postsynaptique sont activés simultanément o l’activation du neurone présynaptique a pour conséquence la libération de glutamate dans la fente synaptique, o l’activation du neurone postsynaptique a pour conséquence la dépolarisation de la membrane postsynaptique → Ainsi, le récepteur NMDA peut être considéré comme un détecteur de coïncidence  son fonctionnement pourrait être à la base du mécanisme d’association entre neurones proposé initialement par Hebb. DÉTECTION DE COÏNCIDENCE ET CONDITIONNEMENT CLASSIQUE Condition nécessaire à l’établissement d’une association entre le stimulus conditionnel et la réponse au stimulus inconditionnel :  mise en place d’une association entre le stimulus inconditionnel et le stimulus conditionnel. → L’intensité et la probabilité de survenue de la réponse conditionnée sont déterminées par le degré de corrélation entre le stimulus conditionnel et le stimulus inconditionnel. Expérience sur rat On présente : o un stimulus auditif neutre (stimulus conditionnel) o un stimulus électrique désagréable provoquant une réponse de « freezing » (stimulus inconditionnel provoquant une interruption du comportement de l’animal) Importance de la coïncidence dans l’apprentissage  Lorsque chaque stimulus inconditionnel est associé à un stimulus conditionnel, on observe un conditionnement très marqué.  Par contre, lorsque les stimuli inconditionnels ne sont pas systématiquement associés à un stimulus conditionnel, la force du conditionnement diminue. 49 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 E. Exemple Des chercheurs ont développé une lignée de souris transgéniques où l’administration d’une molécule, la doxycycline, a pour effet la disparition complète des récepteurs NMDA dans les neurones du champ CA-1 de l’hippocampe. Dans l’expérience suivante, ils ont testé les capacités d’apprentissage de ces souris en mesurant le temps que prennent les souris pour s’échapper d’une piscine en rejoignant une plateforme invisible car immergée. Des objets hors du bassin permettaient à la souris de se repérer dans l’espace.  on observe chez les souris transgéniques non traitées par doxycycline (groupe « contrôle ») une réduction marquée de ce temps au fil des séances d’entraînement.  Cette réduction est nettement moins marquée chez les souris transgéniques traitées par doxyxycline (groupe « doxyxycline »). Quelles conclusions peut-on tirer de l’effet différent de l’entraînement sur le temps que prennent les souris traitées (groupe « doxycycline ») et les souris non traitées (groupe « contrôle ») pour rejoindre la plateforme?  Les récepteurs NMDA sont essentiels dans l’apprentissage. 8. Plasticité corticale et apprentissage A. Modification des cartes corticales LE CORTEX SOMESTHÉSIQUE PRIMAIRE (S1) Est situé dans le lobe pariétal, à l’arrière de la scissure de Rolando (gyrus post- central). Traite Info tactile de l’hémicorps controlatéral Le cortex S1 comporte plusieurs aires distinctes sur le plan cytoarchitectural (aires 1, 2, 3a et 3b de Brodmann). Neurones des zones 3a 3b envoient vers 1 et 2 qui traitent de manière plus précise. CHEMIN DES PA JUSQU ’AU CORTEX Les PA générés par les mécanorécepteurs cutanés sont relayés jusqu’au cerveau par l’intermédiaire de trois neurones. La première synapse (du côté ipsilatéral) se fait entre les terminaisons des fibres ascendantes des neurones du ganglion spinal (neurones de « premier ordre ») et les neurones des noyaux du tronc cérébral (noyaux graciles et cunéiformes) Après décussation (passer du côté controlatéral), les axones de ces neurones de « deuxième ordre » font synapse dans le complexe ventro-postéro-latéral (VPL) du thalamus Les axones de ces neurones thalamiques de « troisième ordre » se projettent sur le cortex somesthésique primaire (S1) 50 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 ORGANISATION SOMATOTOPIQUE DU CORTEX SOMESTHÉSIQUE PRIMAIRE (S1) Chaque point du cortex S1 répond à la stimulation d’une partie spécifique du corps. Cette cartographie somatotopique peut être représentée sous la forme d’un homme (homoncule sensitif de Penfield) La surface occupée par les neurones répondant à une région du corps est proportionnelle à la densité des récepteurs de cette région (pas proportionnelle à la surface réelle de la région)  Plus la surface est riche en récepteurs, plus la surface corticale occupée est étendue, et plus le champ récepteur de chaque neurone est petit La représentation du corps est donc d’autant plus étendue que la sensibilité est fine, complexe, riche en récepteurs cutanés.  Ceci est lié à l’utilisation de nos membres : les manipulations, les expressions faciales, le langage articulé sont d’une importance prépondérante chez l’homme. B. Modification des cartes corticales faisant suite à une lésion TRAVAUX RÉALISÉS SUR LE SINGE Expérience réalisée sur le macaque Objectif : voir si la carte somatotopique de S1 a la capacité de se modifier suite à une intervention privant toute une zone corticale de SI de ses afférences cutanées. 1.cartographie de contrôle Enregistrement unitaire de neurone : 3 microélectrodes d’enregistrement sont implantées à 3 endroits différents du cortex SI. (La position des électrodes est contrôlée par radiographie.) Les électrodes sont implantées approximativement dans la zone représentant : o le tronc (électrode I) o la main (électrode II) o la face (électrode III) ! → Les expérimentateurs réalisent une cartographie des champs récepteurs des neurones rencontrés sur le trajet de chacune des trois électrodes.  Utilisation d’un stylet pour stimuler les récepteurs cutanés du singe  Permet de délimiter le champ récepteur de chaque neurone ( = surface cutanée qui stimulée évoque une réponse dans ce neurone) Différence de taille entre les champs récepteurs des neurones recevant des afférences du tronc (grd) et ceux des neurones recevant des afférence du visage et de la main. (petit) 51 Eloïse Vanhée LPSP1207 2021-2022 2.Privation des afférences du membre supérieur → Les expérimentateurs privent toute une zone du cortex SI de ses afférences cutanées. o transsection des racines dorsales de la moelle (racines sensitives contenant les axones des neurones sensoriels) du niveau médullaire C2 à T4. o La zone corticale de SI où est représenté le membre supérieur (électrode II) est désormais dépourvu d’afférences sensorielles. 3.Effet immédiat sur l’activité corticale Immédiatement après la section : o zone corticale déafférentée (électrode II) est devenue silencieuse o En l’absence d’influx nerveux depuis la périphérie, la zone corticale ne génère plus de potentiels d’action. 4.Effet à long terme sur l’activité corticale Après quelques mois : o La zone déafférentée (électrode II) n’est plus silencieuse o La zone est maintenant peuplée par des neurones dont les champs récepteurs se situent au niveau de la face du singe. La zone déafférentée a été « colonisée » par des afférences en provenance de la face.  Par contre, elle n’a pas été « colonisée » par des afférences en provenance du tronc.  Probablement parce que le singe utilise la face pour toucher ce qu’il ne peut plus toucher avec la main  Les modifications corticales seraient donc induite par la fonction. TRAVAUX RÉALISÉS CHEZ L ’HOMME Membres fantômes Amputation d’un membre → illusion du patient que le membre est toujours présent. Hypothè