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+Ingénierie des systèmes
humains GTS501 – TP10
Objectifs de la séance :
- Quiz 4
- Exercice sur le système nerveux central (SNC)
- Retour sur les synapses chimiques
- Révision sur le SNC
- Applications d’ingénierie
Synapses chimiques
Rôle : transmettre un signal électrique en le convertissant en signal chimique. Le signal est par la suite reconverti en signal électrique
Synapses chimiques
Transfert de l’information à travers les synapses chimiques :
Arrivée de l’influx terminal dépolarisation de la membrane
plasmique ouverture des canaux Ca2+
voltage-dépendants
Détecteurs Ca2+ activés libération des neuro-
transmetteurs par exocytose
Neurotransmetteurs se lient aux récepteurs post-synaptiques des canaux ioniques ligands-dépendants
Axone
Vésicule synaptique
Canal ionique
Synapses chimiques
Transfert de l’information à travers les synapses chimiques :
Les canaux ioniques s’ouvrent Na+ passent à travers la
membrane post-synaptique
modification du potentiel
potentiel d’action produit au neurone post-synaptique (si seuil d’excitation atteint)
transmission de l’influx nerveux
Axone
Vésicule synaptique
Canal ionique
Comprend : cerveau et moelle épinière
Bien protégé par : Os (crâne et vertèbres) Liquide cérébro-spinal (céphalo-rachidien)
Coupe du crâne
Système Nerveux Central (SNC)
Hémisphères : Coté gauche reçoit les sensations contrôle les mouvements du côté droit (et inversement).
Cervelet : Centre du contrôle moteur
Tronc cérébral : Gère les fonctions vitales telles que
la respiration, la température corporelle, etc.
Bulbe olfactif : Responsable de l’olfaction (odorat)
Cerveau
Bear, Connors, Paradiso
Cf. os du crâne
Cerveau – les lobes
Lobe frontal : Associé au raisonnement, à la planification, à la
locution, au mouvement et aux émotions
Lobe pariétal : Associé au mouvement, à l’orientation, à la
reconnaissance et à la perception de stimuli
Lobe temporal : Associé à la perception et à la reconnaissance de
stimuli auditif, à la mémoire et à la locution
Lobe occipital : Associé au traitement visuel
Lobe insulaire : Associé au comportement (agressivité, peur, plaisir, …)
Cervelet : Associé à la régulation et coordination du mouvement,
de l’équilibre et de la posture
Cerveau – les lobes et leur fonction
Bulbe olfactif
Nerf optique
Mésencéphale
Médulle (moelle)
Pont
Hypothalamus
Bear, Connors, Paradiso
Cerveau – vue ventrale
Thalamus
Hypothalamus
Cervelet
MoellePont
Mésencéphale
Bulbe rachidien
Cerveau – tronc cérébral
Ventricule latéral
Sillon latéral (de Sylvius)
Troisième ventricule
Hypothalamus
Thalamus
Cerveau antérieur
Bear, Connors, Paradiso
Cerveau – coupe frontale, mi thalamus
http://cti.itc.virginia.edu/
Cerveau – cortex
Marieb, 1999
Cortex moteur et somatosensoriel
Homoncule :
Cortex moteur et somatosensoriel
Impact direct
Affecte : Les transmissions neuronales Neurotransmetteurs Circulation sanguine
Commotion cérébrale
ou Neuroplasticité
capacité du cerveau (neurone) à se réorganiser en créant de nouvelles connections tout au long de la vie
Bear, Connors, Paradiso
Plasticité cérébrale
Potentialisation à long terme (PLT) : Mécanisme sous-jacent de l’apprentissage et de la mémoire
Augmentation de l’efficacité à long terme de la transmission synaptique entre 2 neurones stimulés simultanément
(Hippocampe structure du système limbique comme l’hypothalamus rôle dans la mémorisation et l’apprentissage possède une capacité de potentialisation à long terme assez
élevée)
Mécanisme de la plasticité
Mécanisme de la plasticité
Potentialisation à long terme (PLT) : Rend synapse plus efficace Assurée par la présence de récepteurs dits NMDA dans
certaines synapses (N-méthyl-D-aspartate) Le changement est réversible à long terme
Dépression à long terme (DLT) : Inverse de la PLT Différence dans la fréquence des
potentiels d’action Assurée aussi par NMDA
Réf.
Quelques applications d’ingénierie
Imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf)
http://www.williamoslerhc.on.ca/
IRMf Permet de visualiser les parties du cerveau qui
s’activent lors de différentes tâches : Lorsqu’une partie du cerveau s’active, on y retrouve un
accroissement du flux de sang Cette augmentation est accompagné d’une réduction de
deoxyhémoglobine Cette réduction est visible sur une image IRMf
Une première image est prise au repos puis une série est prise avec stimuli/tâche
Activation liée au stimuli = différence entre l’image au repos et les images avec stimuli
IRMf Utilise un appareil IRM
traditionnel : Généralement avec
appareil 3T
Une image haute résolution (IRM) est prise pour situer l’anatomie
Une série d’images basse résolution (IRMf) sont prises pendant une période d’environs 1 à 2 minutes
La taille d’un voxel peut atteindre environs 1.5 mm3
http://www.firstscience.com
Mapping du cortex
Le neurochirurgien identifie les régions du cortex avec des électrodes
Deep Brain Stimulation (DBS)
Stimulation électrique des structures profondes du cerveau dans le but de pallier à un déficit moteur ou psychologique
www.mja.com.au
Deep Brain Stimulation (DBS)
Utiliser pour réduire les épisodes de tremblement chez les patients souffrant de parkinson
Possible par la stimulation des noyaux subthalamiques en bloquant l’activité des cellules défectrices
www.liebermanparkinsonclinic.com http://www.anc.ed.ac.uk/~anaru/research/images/sth-sn.gif
À l’aide d’électrodes placés dans le cortex moteur, mesures d’activité des neurones
À l’aide d’une tâche pré-définie, correlation entre le déchargement des neurones, le mouvement et l’activité EMG
Capable de prédire la direction et l’intensité du mouvement à l’aide de l’activité neuronale; (Moran et Schwartz 1999)
Signaux du cortex moteur
Prothèses neuronales : Même technologie que pour
l’interface informatique Mouvements du bras du
singe répliqués par le bras robotisé
Pourra servir à contrôler des prothèses et éventuellement des membres par FES
http://brownalumnimagazine.com
Signaux du cortex moteur
Ratbots : Rats télécommandés
Implant stimule 3 régions : Moustache gauche Moustache droite Centre du plaisir (lobe insulaire)
Dressés à suivre les stimulations des moustaches à l’aide de récompenses sous forme de plaisir.
www.nature.com
Applications d’ingénierie
Questions?
Bibliographie Fimbel, Éric. Notes de cours SYS861, A04
Bear, Connors, Paradiso. Neuroscience, Exploring the brain.
Wolpert, Ghahramani. Computational principles of mouvement neuroscience. Nature, 3, 1212-1217 (2000).
http://www.fmri.org
Moran, D.W., Schwartz, A.B., Motor Cortical representation of speed and direction during reaching., J. Neurophysiol. 82: 2676–2692, 1999.
http://books.google.ca/books?id=xq_xw2ph9SEC&printsec=frontcover&dq=plasticit%C3%A9&hl=fr#PPA71,M1
Grand dictionnaire terminologique
lecerveau.mcgill.ca
