Définition et champ d’application de la neurobiologie Pr. Pierre Burbaud

DCEM 2, DCEM 4 ENSEIGNEMENT OPTIONNEL INTER-UIVERSITAIRE

NEUROBIOLOGIE, NEUROPSYCHOLOGIE, PSYCHOPATHOLOGIE

Coordonateurs : Pierre Burbaud, Jean-Michel Mazaux et Jean Tignol

PROGRAMME Les cours ont lieu de 18 H 15 à 20 H 15 le mardi

de 18 H 15 à 20 H 15 le mercredi de 16 H 15 à 18 H 15 le vendredi

volume total d’heures : 33heures réparties comme suit : 12 h Neurobiologie, P. Burbaud, D.Guehl, B. Bioulac 11 h : Neuropsychologie, M. Barat, B. Claverie, P.A. Joseph, J.M. Mazaux et F. Tison 10 h : Psychopathologie, J. Tignol, M. Auriacombe et B. Aouizerate

Objectif : Donner les bases physiologiques, physiopathologiques et cliniques des troubles des fonctions supérieures et des troubles affectifs chez l’Homme. Programme : Généralités et méthodes d’étude : Mardi 16.10.07 Définition et champ d’application de la neurobiologie ; méthodologie et techniques d’étude (P. Burbaud). Vendredi 19.10.07 Défi nitions et méthodologie d’évaluation en neuropsychologie ; Introduction à la neuropsychologie cognitive ; (V Lespinet ). Mardi 23.10.07 Troubles mentaux ; définitions, champ d’application, méthodologie et approches cliniques (B. Aouizerate) Système moteurs et fonctions exécutives : Vendredi 26.10.07 : Organisation des systèmes moteurs et neurobiologie de la motricité (P. Burbaud) Mardi 30.10.07 : Neurobiologie du lobe frontal. Rôle des cortex associatifs (cortex préfrontal, cortex cingulaire antérieur) impliqués dans les stratégies cognitives et la planification. (P. Burbaud)

Mardi 06.11.07 : 18h30 (et non 18h15) Notion de fonctions exécutives. Application à l’analyse des syndromes frontaux. Troubles d’attention en relation avec la pathologie frontale (P. A. Joseph) Mémoire et langage Vendredi 09.11.07 : Neuropsychologie de la mémoire : tests et év aluation ; sémiologie des syndromes amnésiques (JM Mazaux) Mardi 13.11.07 : Les systèmes de mémoire. Circuits neuronaux sous-tendant les phénomènes mnésiques. (D. Guehl) Mercredi 21.11.07 : Bases biologiques et organisation cérébrale du l angage ; introduction à l’étude des aphasies J.M. Mazaux Anxiété et dépression Mardi 20.11.07 : Anxiété ; approche neurobiologique (J. Tignol) Vendredi 23.11.0 7 Anxiété : approche clinique (J. Tignol) Mardi 27.11.07 : Dépression : approche neurobiologique et clinique (B. Aouizerate) Vendredi 30.11.07 : Dépression, ECT et mémoire (M. Auriacombe) Geste: Mardi 04.12.07 : Troubles du geste : sémiologie, techni ques d’examen et modèles théoriques (M. Barat ) Démences : Mercredi 05.12.07 : Neuropsychologie des démences : examen clinique, formes étiologiques, principes de prise en charge et de traitement médical. (F. Tison)

Définition et champ d’application de la neurobiologie

Pr. Pierre Burbaud

Methodologie et techniques d’étudedu système nerveux central

Quelques définitions …

Neurosciences = ensemble des disciplines scientifiques qui ont pour finalité l'étude du système nerveux

Enjeu scientifique majeur =Compréhension du fonctionnement du cerveau humain

1. Différents niveaux d'analyse:- Neurobiologie moléculaire- Neurobiologie cellulaire- Neurosciences intégrées

Techniques d’étude du système nerveux

2. Différentes approches: - Descriptives (anatomie, histologie), - Fonctionnelles (électrophysiologie, imagerie) - Comportementales (psychologie, sciences cognitives)- Formelle (modélisation informatique)

3. Multidisciplinarité:- Combinaison obligée des différentes techniques pour

étudier une fonction- Nécessité d'une collaboration mutidisciplinaire +++

Les techniques des neurosciences intégrées

1. Comportementales- Situation expérimentale (paradigme)- Mesures psychophysiques (TR, seuils)- Tests neuropsychologiques (performances)

2. Electrophysiologiques 2.1 Intra-cérébrales

Unitaire Multi-canal-multi-site

2.2 Extra-cérébrale Electro-encéphalographie (EEG) Magnéto-encéphalographie (MEG)

3. Imagerie fonctionnelle- IRMf - PET scan - SPECT

Modèle: rongeur, primate, homme

Un seul langage: les potentiels d'action

Plusieurs système de codage de l'information:

- Fréquence

- Oscillations

- Synchronisation

Conditions de recueil

- Spontanées

- Protocoles de conditionnement

Electrophysiologie

Principe de l’enregistrement unitaireextra-cellulaire

Numérisation du signal

57,6%

1s

+/-

44,9%

1s

AttentionDécisionEvaluation

CCA

Subthalamic nucleus

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

20

30

voie_6

Perievent Rasters, reference = Ph90_95, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

20

30

voie_6

Perievent Rasters, reference = Ph80_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

20

30

voie_6

Perievent Rasters, reference = Ph20_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

20

30

voie_6

Perievent Rasters, reference = Ph50_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

20

30

voie_6

Perievent Rasters, reference = Ph60_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

R W

<< >> << >>

YESorNO

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

ev_47_6

Perievent Rasters, reference = Ph20_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

ev_47_6

Perievent Rasters, reference = Ph40_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

ev_47_6

Perievent Rasters, reference = Ph60_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

ev_47_6

Perievent Rasters, reference = Ph80_N, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

-10 -5 0 5 10Time (sec)

0

10

ev_47_6

Perievent Rasters, reference = Ph90_95, bin = 100 ms

Frequency (imp/sec)

<< >> << >>

YESorNO

R W

A

B

Cx

St

GP STNSN

TH

Vo

ltag

e (

mV

)

-70 mV

20 mV

Enregistrements neurones thalamiques in vitro

temps (ms)0 5000 10000 15000

-90-80-70-60-50-40-30-20-10

0102030

Cx

Stimulation

Pharmacologie

PatchPatch

Applications chez l’homme

. Enregistrement per-opératoire de structures profondesPermet de localiser précisemment des structures de petites tailles(noyau sous-thalamique)

. Recherche de foyer épileptogènes avec électrodes profondesChez des patients présentant des épilepsies pharmaco-résistantes

Imagerie chez l’homme

Anatomique- CT-scan- IRM

Fonctionnelle- IRMf- TEP- SPECT- EEG- MEG

L'IRMf repose sur l'utilisation de molécules ayant des propriétés paramagnétiques: gadolinium, DésoxyHb.Les variations localisées de la DésoxyHb seront à l'origine d'un signaldétectable.

IRMf

1. Des augmentations localisées d'activité synaptiques augmentent la consommation d'oxygène. La [dHb) s'élève = effet dip.2. Il apparait ensuite une augmentation du DSC qui est à l'origine d'une diminution de la [dHb] veineuse = effet bold. 3. L'activité synaptique a pour effet une augmentation de l'oxygénation sanguine.

IRMf

IRMf

Stimulation Go

Controls

Stimulation Go

Patients

OFC and uncertainty

• Regression (n=14)

– Tolerance for uncertainty during decision making

QuickTime™ et undécompresseur

sont requis pour visionner cette image.

QuickTime™ et undécompresseur

sont requis pour visionner cette image.

HV

OCD

TEP

1. La TEP repose sur la détection de paires de photon gamma issus de la dématerialisation des positons2. Les éléments radio-actifs émetteurs de positons sont incorporés à la Place de leur isotopes naturels dans une molécule biologique qui est injectée au sujet

1. Les isotopes sont détectés par des couples de scintillateurs placés autour de la tête du sujet. 2. Ils détectent l'arrivée en coincidence des photons. 3. Les scintillateurs sont des cristaux qui émettent de la lumière lorsqu'ils reçoivent les photons.

TEP

Imagerie des récepteurs

SPECT

- Spectrométrie par émission monophotonique

- Imagerie métabolique (débit sanguin cérébral)

- Imagerie fonctionnelle (marquage de récepteurs)

EEG

Intérêt de l’EEG …

. L’EEG est un « vieille » technique qui garde tout son intérêt

. Plusieurs raisons:- Evaluation fonctionnelle de l’activité cérébrale

- Applicable au lit du malade- Possibilité de répéter l’examen avec un suivi longitudinal

- Intervient à différents niveaux des processus de réflexion clinique

- étiologique- décisionnel- pronostique

.

Anomalies des rythmesFoyer lent

EpilepsieCrise focale

EEG

MEG

MEG

Couplage EEG-MEG

EEG permet d’enregistrer les signaux issues de la surface corticalealors que la MEG enregistre préférentiellement les sources tangentielles et donc localisées dans la profondeur des sillons

La précision des cartes de surfaces EEG est dégradées par laTraversée des interfaces de conductivité ce qui n’est pas le cas deLa MEG.

Caractérisitiques spatiales et temporellesdes images selon les techniques

TEP IRMf EEG MEG

Résolution spatiale 5mm 3mm > 6mm > 6mm

Résolution temporelle 90s 1 à 6 s 50ms 10-20ms

L’avenir…

. Couplage entre les différentes techniques

. Paradigme expérimentaux adaptés

. Développement de nouvelles techniques