Le cerveau

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Un gros cerveau vaut-il mieux qu’un petit?

Grenouille : 0.1 g

Chat : 30 g

Macaque : 100 g

Humain : 1400 g ( Anatole France : 1000 g, Tourgueniev : 2000 g)

Eléphant ou baleine : 7 à 8 kg !

Masse du cerveau / masse corporelle

Evolution a sélectionné un gros cerveau mais

Cerveau est très énergivore* : chez l’humain, 25 % du sucre absorbé (2%

de masse du corps)

Cerveau des femmes plus petit, même en tenant compte de la taille

* pompe Na+/K+ ATPase

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Chez l’humain, développement en particulier du cortex préfrontal :

pour l’élaboration de comportements et stratégies nouveaux

pour échapper aux réflexes et routines

Lésions : soumission anormale aux réflexes3

vert bleu jaune rouge vert

bleu rouge jaune vert bleu

rouge jaune vert rouge bleu

jaune vert bleu jaune rouge

jaune bleu rouge vert jaune

rouge jaune vert rouge bleu

vert jaune rouge bleu vert

jaune rouge bleu bleu jaune

rouge jaune vert rouge bleu

vert bleu rouge jaune vert

Test de Stroop : Lisez à voix haute, le plus rapidement possible, la liste de mots ci-dessous

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Explication de «l’effet Stroop»:

La «routine de lecture» nous pousse à lire les mots, de manière automatique.

Dire la couleur est moins habituel, moins automatique.

C’est grâce au cortex préfrontal qu’on peut «échapper» à l’action de routine.

Un enfant réussira mieux le test de Stroop.

Illustration :

On a de la peine à passer un feu rouge, même si on a une ambulance derrière soi.

Certaines personnes ont une lésion du cortex préfrontal:

Incapables de réussir le test de Stroop

Comportement d’utilisation ou d’imitation: face à un verre et une carafe la

personne ne «peut que» se servir à boire, ne peut qu’imiter son vis-à-vis

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En cas de lésion du cortex préfrontal

Comportements d’utilisation : réaction stéréotypée d’utilisation de

l’objet

Comportements d’imitation : imitation irrépressible de son vis-à-vis

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Anatomie du cerveau

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Protection du cerveau

le cerveau est l’organe le mieux protégé du corps

le crâne offre protection mécanique

méninges empêchent que le cerveau s’abime contre l’intérieur du crâne

liquide céphalorachidien (LCR) ou cérébrospinal (LCS) amortit les chocs10

Le liquide céphalorachidien (LCR):o est produit par les plexus choroïdes

o remplit les ventricules

o s’écoule dans l’espace sous arachnoïdien

et dans le canal central de la moelle épinière

o est réabsorbé dans le sang au niveau des villosités arachnoïdiennes

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Image d’un cerveau normal

A gauche : Image cérébrale d’un homme de 44 ans qui souffrait d’hydrocéphalie

(accumulation de LCR) pour laquelle il n’avait pas consulté depuis l’âge de 20 ans.

Il menait une vie normale (emploi, famille) même si son QI (75) n’était pas très élevé.

LV = Ventricule latéral

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Le tronc cérébral

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• Mémoire des mouvements19

Le thalamus

L’épithalamus (glande pinéale)

L’hypothalamus

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Epithalamus (glande pinéale)

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Assure

l’équilibre de

notre milieu

intérieur

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Hémisphère gauche Hémisphère droit

Partie qui agit, qui exécute

Langage

Opérations logiques

Traitement de séries d’informations

Activités de précision

Détails auditifs et visuels

Comparaison, réflexion, synthèse

Aptitudes visuo-spatiales , perception

des formes et de l’espace

Reconnaissance des visages,des

expressions et des voix

Sensibilité musicale et artistique

Comprendre les histoires drôles…

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Sensation ≠ perception

• La sensation est la conscience des variations du milieu interne ou

de l'environnement.

• La perception est l'interprétation consciente des stimuli (si un

caillou entre dans ma chaussure, j'ai une sensation de pression et

une perception de douleur).

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«Ce que nous percevons ne dépend pas seulement de ce que nos yeux, nos oreilles et notre peau nous apprennent du monde extérieur. Cela dépend aussi beaucoup de ce que notre cerveau croit, attend et cherche».

Voir l’effet Mc Gurk.

Vision et cécité attentionnelle (voir vidéo)

Le cerveau doit choisir les objets dont il va prendre conscience.

Pour voir il ne suffit pas que des images entrent dans nos yeux, il

faut que notre cerveau soit disponible à les recevoir.

Les images reçues seront analysées dans plusieurs aires reliées à

la vision pour le traitement des couleurs, mouvements,

interprétation.

Exemple : on voit une voiture. Des aires différentes «verront» la

couleur, le mouvement, la forme.

→ Suite à un AVC on peut n’avoir que la moitié du champ

visuel en noir-blanc.

Puis activation d’aires associatives contenant des données en

mémoire : nom de la marque, souvenir associé, etc35

Les neurones miroirs

Mis en évidence dans les années 1990 par Giacomo Rizzolatti.

On active les même neurones moteurs quand on fait un mouvement

et quand on voit quelqu’un faire ce mouvement et aussi quand on

s’imagine faire le mouvement.

Voir quelqu’un qu’on aime souffrir active les mêmes aires que

lorsqu’on souffre soi-même.

On a tendance à faire les mêmes gestes que notre vis-à-vis.

Contagion du baillement

Difficile de faire un mouvement tout différent de son vis-à-vis

On se met à boiter en suivant quelqu’un qui boite

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Les neurones miroirs

Permettent, en faisant la même mimique que son vis-à-vis, de

comprendre celle-ci (vrai-faux sourire).

Incapacité des autistes à comprendre les émotions d’autrui.

Incapacité des gens botoxés à comprendre les émotions.

Incapacité des psychopathes à se représenter la souffrance d’autrui.37

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La phrénologie ou étude des bosses du crâne, Franz Joseph Gall, fin du 18ème siècle39

Avant la neuroimagerie actuelle…

Méthodes indirectes :

Lésions cérébrales localisées, suite à un accident ou un AVC: Dissections

post-mortem. L’aire du langage de Broca a été découverte ainsi

Destruction sélective de certaines régions cérébrales chez l’animal

Stimulations électriques appliquées directement sur le cerveau lors de

neurochirurgie

Expériences sur patients à cerveau dissocié : hémisphères séparés suite à

une épilepsie.

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Cas Phineas GAGE:

En 1848 Phineas Gage travaille à la construction de chemins de fer aux USA.

Alors qu’il est en train de tasser de la poudre, une explosion fait sauter sa barre à

mine qui lui transperce le crâne. Deux mois après l’accident, il est sur pied. Mais

ce n’est plus le même homme: autrefois calme et décidé, il est devenu grossier,

inconstant, capricieux, bagarreur et incapable de prendre des décisions. Son

«caractère» a changé mais ses fonctions intellectuelles sont intactes

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Lésion du cortex préfrontal dorsolatéral : Perte de l’affectivité (indifférence, absence de réactions émotionnelles) Réduction des gestes, des mouvements et de la parole spontanée Impossibilité de programmer, de planifier une activité Humeur triste Diminution progressive des champs d’intérêt Jugement qui devient de plus en plus bizarre et inapproprié

Lésion du cortex orbital: Perte du contrôle des comportements «sociaux» (caractère enfantin et peu sérieux,

égocentrisme, vulgarité, familiarité, etc) Optimisme et euphorie excessifs

Imagerie anatomique :

pour détecter des lésions:

o tumeurs

o hémorragies

o déformations congénitales

par radiographie ou IRM

Tomographie, rayons X

(cat scan)

IRM =Imagerie par résonnance magnétique

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L’imagerie fonctionnelle:

mesure l’activité de certaines régions du cerveau durant certaines

tâches

en recherche fondamentale :

o pour comprendre le rôle de nos différentes structures cérébrales

o a permis une «cartographie» de certaines fonctions

en clinique :

o pour diagnostiquer des foyers épileptiques

o avant des opérations chirurgicales (identifier des aires à

sauvegarder)

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L'électroencéphalographie

L’électroencéphalographie (EEG) permet d’amplifier l’activité électrique générées

par les neurones. En effet, plusieurs fonctions cognitives ou motrices produisent

des patterns d’activité neuronale caractéristiques qui provoquent une signature

particulière sur l’électroencéphalogramme.

L’EEG mesure donc l’activité neuronale globale et continue du cerveau grâce à

des électrodes collées à la surface du cuir chevelu. Les ordinateurs actuels

permettent d’analyser l’activité cérébrale captée par plusieurs douzaines

d’électrodes situées à différents endroits sur le crâne. 45

EEG pris lors d’une crise d’épilepsie :

Hypersynchronie de vastes groupes de neurones, qui s’activent/se désactivent

en même temps.

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L’EEG offre une excellente résolution temporelle et un coût

relativement moins élevé que l’IRMf ou le PET scan, mais sa résolution

spatiale demeure toutefois pauvre.

Malgré tout, l’EEG peut aider à diagnostiquer des foyers épileptiques,

des tumeurs cérébrales, des lésions, des caillots, etc.

Il aide aussi à trouver l’origine de migraines, de problèmes

d’étourdissements, de somnolence, etc.

Etudes du sommeil

Le magnétoencéphalographie (MEG)

permet de voir le cerveau en action en mesurant les

faibles champs magnétiques provenant de l’activité électrique

enregistre l’activité en temps réel

non invasif, moins bruyant et inconfortable que IRMf

utilisé en médecine pour détecter des foyers d’épilepsie et

les zones à épargner lors de chirurgie48

Imagerie par tenseur de diffusion (ITD)ou IRM par diffusion

Permet de déterminer la position et l’orientation des faisceaux de

matière blanche

On mesure la diffusion des molécules d’eau

Montre les connexions entre neurones

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L’IRM fonctionnelle

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L’IRMf (imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle)

Avantage : 1 seule machine pour IRM anatomique et IRMf on peut faire des

correspondances anatomo-fonctionnelles 51

IRM fonctionnelle (IRMf )et effet BOLD

Effet paramagnétique de la déoxy–hémoglobine (déoxy-Hb) > oxy-hémoglobine (oxy-Hb)

une région active du cerveau aura besoin de plus d’O2 et de glucose

vasodilatation

on peut mesurer l’augmentation de déoxy-Hb , env.4 secondes après activation52

En soustrayant par la suite l’intensité des différentes régions de cette image

d’une autre qui a été préalablement enregistrée avant la tâche à accomplir, on

observe une différence dans certaines zones qui « s’allument » aux régions

les plus irriguées et donc les plus actives au niveau de l’activité neuronale.

Résonance magnétique fonctionnelle d’une femme de 24 ans durant une

tâche de génération de mots. 53

Images cérébrales des mouvements réels

et imaginaires.

coupe haute coupe médiane

bouger la main droite

imaginer bouger la main droite

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De la même manière voir une vidéo (sans le son) active des régions auditives

Mêmes régions visuelles activées en voyant une image ou en y pensant.

Penser à l’exécution d’un mouvement active l’aire motrice correspondante :

on peut entraîner son service de tennis, ou un geste d’habileté sans faire le

mouvement.

La tomographie par émission de positons (TEP)

On injecte au sujet une solution contenant un élément radioactif (glucose, eau)

Davantage de radioactivité sera émise des zones cérébrales les plus actives à

cause de la vasodilatation qui amène plus de solution radioactive dans ces régions.

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Une écoute subjective ou analytique d’une même pièce

de musique par le même sujet active préférentiellement

l’hémisphère droit ou l’hémisphère gauche

moins bonne résolution que IRMf

meilleur contraste de couleur (+chaudes = +actives)

dégradation rapide de la radioactivité → temps d’expérience limité

TEP(tomographie par

émission de positons)

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Comparaison entre les différentes techniques de neuroimagerie

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Pourquoi les chimpanzés ne parlent-ils pas?

Cherché le « gène de la parole » dans les 2% du génome qui nous séparent

Trouvé grâce à des anomalies du langage chez certains enfants, et dans

certaines familles.

Gène FOXP2 identifié, sur le chromosome 7

Gène régulateur (module cascade d’autre gènes), importance dans le

développement du cerveau.

FOX P2 apparu très tôt dans l’évolution

3 a.a de différence avec la souris, 2 avec le chimpanzé.

Mutation se serait produite chez l’humain il y a 100’000 ans (début

d’H.Sapiens…), et s’est très rapidement répandue!

C’est le langage qui nous a rendu « intelligents », et non pas le contraire!61

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Lecture

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Pas les mêmes aires impliquées pour lire :

«chignadorle» (épelage et règles de lecture)

«oignon» (lexique mental)

Pas la même zone qui ajoute un «s» à un nom (house→ houses) ou à un

verbe à la 3ème personne (run →runs). Démontré par inactivation d’un point

précis du cortex frontal.

Cas d’alexie pure : la personne ne peut plus lire mais elle peut prendre un texte

sous dictée !!! Sans pouvoir se relire….

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L’entrainement peut modifier anatomiquement certaines

zones du cerveau:

Hippocampes plus développés chez les chauffeurs de taxis londoniens.

Jonglage augmente une aire de la perception des mouvements et du

contrôle de l’action. L’effet est temporaire, perdu si on arrête l’entrainement.

Aire motrice des doigts chez les violonistes agrandie

Amusicalité et oreille absolue

Amusicalité (4% de la population):

Les gens ne reconnaissent aucune musique: tout est du bruit!

Cerveau ne peut analyser les variations de hauteur des sons

Incapacité de chanter

Héréditaire, familles d’amusiques

Cortex un peu plus épais dans région temporale

Oreille absolue:

1 personne sur 10000

Education musicale nécessaire mais pas suffisante

Décharge électrique 150 ms après la note dans une zone temporale

précise

Origine génétique probable, plus fréquente chez les asiatiques.66

In: « Pourquoi les chimpanzés ne parlent pas. Et 30 autres questions sur le cerveau

de l’homme », Laurent Cohen, Odile Jacob eds, p.7067

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Amygdale et peur

L’amygdale est activée même lorsque l’image effrayante est montrée trop

brièvement pour que le sujet d’expérience l’ait perçue consciemment.

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L’expérience consistait à montrer à des participants des images subliminales et à

leur faire un IRM en même temps. Le résultat a montré que certaines parties du

cerveau se mettaient en activité lors de la projection des images subliminales alors

qu’elles n’étaient pas perçues consciemment :

Cet IRM montre l'activation cérébrale observée dans le contraste peur-joie.

Lorsqu'une image subliminale reflétant la peur est affichée, on voit en rouge

l'activation de l'amygdale : elle est perçue inconsciemment.

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La plasticité cérébrale

Les neurones sont incapables de se multiplier par mitose.

Dès 20 ans, le cerveau perd environ 1g/ an, par mort neuronale.

MAIS:

Plasticité synaptique : nouvelles connections, élagage,

renforcement des synapses (récepteurs)

Réorganisations des aires cérébrales, suite à un accident

Neurogenèse à partir de cellules souches (bulbe olfactif et

hippocampe)

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Pathologies du système

nerveux central

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La maladie de Parkinson

Difficultés à effectuer des mouvements

difficulté à initier un mouvement (entre «je veux bouger» et «je

bouge»)

lenteur des mouvements

diminution de l’amplitude des mouvements

difficultés à faire plusieurs fois le même mouvement

impossibilité à faire plusieurs tâches en même temps (compter,

parler et marcher)

Parfois, tremblements de repos et rigidité des membres.

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La maladie de Parkinson

Est due à un manque de dopamine dans les noyaux gris centraux

(ganglions de la base)

Les noyaux gris centraux sont responsables de l’exécution des plans moteurs appris77

Le syndrome Gilles de la Tourette

Caractérisée par

des tics durables: mouvements involontaires, stéréotypés, sans

but, inadaptés au contexte. P.ex. reniflements, clignements

d’yeux etc.

des TOCs : troubles obsessionnels compulsifs. P.ex. vérifier 10

x si on a fermé le gaz, se laver les mains…

Des cris, jurons et obscénités irrépressibles, qui surgissent

n’importe quand.

Ces comportements peuvent être contrôlés, mais seulement un

moment…puis effet rebond.

Touche de 0,1 à 1% de la population

Diminue généralement après 20 ans78

Le syndrome Gilles de la Tourette

Dysfonctionnement dans les ganglions de la base

Manque d’inhibition des actions parasites et inappropriées, quand

on entreprend une action.

Déficience en GABA (neurotransmetteur inhibiteur)

On peut supprimer les symptômes par stimulation cérébrale

profonde

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Maladie d’Alzheimer

Forme héréditaire qui touche des personnes jeunes

Gène de prédisposition APOE-4, qui rend plus probable la maladie

Caractérisée par

l’accumulation de filaments formés de protéine «tau» à l’intérieur des

neurones.

le dépôt de plaques amyloïdes entre les neurones

La destructions des neurones et atrophie du cerveau 80