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