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Important : Ce document est destiné aux étudiants en Psychologie qui suivent l’unité d’enseignement S1UE2 à l’Université de Rouen. Il sert de support illustré au cours de Vincent Roy mais ne dispense en aucun cas de la présence aux enseignements.

Pour me contacter : vincent.roy@univ-rouen.fr ou bien Bâtiment Principal des Sciences 5ème étage

De la psychobiologie aux neurosciences cognitives

Licence 1ère année – S1UE2

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1. Cours d’Introduction – Pierre Chapillon (CM1)• Intérêts des Neurosciences en Psychologie - Définitions et objets d'études

• Illustration par le TD1

2. Historique de la recherche sur le cerveau

3. Les principaux outils d’exploration du cerveau et de son fonctionnement• Illustration par le TD2

4. La maladie de Parkinson – Pierre Chapillon (CM4)

De la psychobiologie aux neurosciences cognitives

Licence 1ère année – S1UE2

2. Historique de la recherche sur le cerveau

• A la préhistoire, des opérations « chirurgicales » comme la trépanation sont réalisées du vivant d’une personne, certainement à des fins thérapeutiques.

2.1 De la préhistoire à Darwin

• Chez les égyptiens, le cerveau du pharaon n’est pas conservé au coté de la momie pour la vie dans l’Au-delà.

• Le cerveau n’est jamais mentionné dans l’ancien et dans le nouveau testament, au contraire du cœur, du foie, de l’estomac ou des entrailles (siège de la passion, du courage et de la pitié)

« Donne moi un cœur plein de sagesse »

Aristote (-384 / -322)

Hippocrate (-460 / -370)

CARDIOCENTRISME : Le cœur est le centre de pensée et le cerveau est considéré comme un organe de « refroidissement »

CEREBROCENTRISME : Le cerveau est l’organe de la pensée

Non seulement nos plaisirs, nos joies et nos rires mais également nos tristesses, nos peines et nos chagrins proviennent du cerveau, et du cerveau uniquement. Grâce à lui nous pensons et comprenons, pouvons voir et entendre ; il nous permet de distinguer le laid du beau, ce qui est agréable de ce qui ne l’est pas, ce qui est bon de ce qui est mauvais.

2.1.1 L’antiquité et le débat cardiocentriste vs. cérébrocentriste

Hérophile (-331 / -250)

> Père de l’anatomie

> Conclusions fondées sur des observations

> Parcours des nerfs spinaux

> Le cerveau est le centre de l’intelligence

Galien (131 / 201)> L’un des pères de la médecine

> Soigne des gladiateurs : des blessures à la tête provoquentdes changements de comportement – Cérébrocentrisme

> Formule la théorie des humeurs, une doctrine médicale pour laquelle la physiologie humaine repose sur les quatre éléments (air, terre, feu, eau) qui influent sur les quatre humeurs (sang, bile, pituite et atrabile). Le comportement humain et les pathologies dépendent d'un équilibre / déséquilibre entre ces éléments

André Vésale (1514 / 1564)

2.1.2 La renaissance

> Opposition au dogme du galénisme

> Planches anatomiques humaines extrêmement détaillées qui mettent en défaut des résultats que Galien avait obtenu chez l’animal et transposé à l’homme

Léonard De Vinci (1452 / 1509)

> Planches descriptives du cerveau et introduction de vues sous différents angles ainsi que des coupes qui permettent des vues internes du cerveau

Description du cerveau : Vocabulaire basique

Lobe Frontal

Lobe Temporal

Lobe Occipital

Lobe Pariétal

Cervelet

Scissure Centrale (de Rolando)

Scissure Latérale (de Sylvius)

Tronc et moelle épinière

Description du cerveau : Vocabulaire basique

T1

T2

T3

Circonvolution Temporale 1

Sillon

2.1.3 Descartes (1596 / 1650)

> Traité de l’homme (1633 mais publié seulement en 1664)

> Animal machine : Engrenage / Systèmes hydrauliques

> Homme : Il possède en plus de l'animal une âme d’origine divine qui est matérialisée par la glande pinéale

2.1.4 Darwin et le matérialisme (1809 – 1892)

> 1859 : « L’origine des espèces » au moyen de la sélection naturelle.

> MATERIALISME DARWINIEN : Bases biologiques communes au comportement chez l’homme et chez l’animal.

> DUALISME CARTESIEN

Comment notre cerveau régule t’il nos comportements ?

M. Gazzaniga dans Neurosciences Cognitives – On vous donne un problème à résoudre : Soit une masse de tissu biologique dont on sait qu’elle pense, qu’elle se souvient, fait attention, résout des problèmes, désire faire l’amour, joue, écrit des romans, manifeste des préjugés et fait une infinité d’autres choses.

Vous êtes censé arriver à comprendre comment elle fonctionne…

Est-ce que le cerveau fonctionne comme un tout ? Chacune de ses

parties contribue également au comportement ?

Est-ce que chaque partie du cerveau remplie une fonction particulière de

façon indépendante du reste du cerveau ?

Est-ce que la bonne solution est intermédiaire ?

2.2 Les théories localisationniste et holistique au 19ème siècle

2.2.1 La Phrénologie : Franz Joseph GALL (1757 – 1828)

« Art de reconnaître les instincts, les penchants, les talents et les dispositions morales et intellectuelles des hommes et des animaux

par la configuration de leur cerveau et de leur tête »

Début du 19ème siècle GALL envisage l’existence des localisations corticales en développant la cranioscopie (phrénologie).

● Une disposition intellectuelle particulière se traduit par une hypertrophie du cerveau au niveau de la région qui régule cette disposition et donc par une déformation du crâne à cet emplacement.

● L’analyse des bosses du crâne révèlerait donc les capacités intellectuelles d’une personne…

Pierre Jean Marie FLOURENS (1794 – 1867)

> Des lésions d’aires cérébrales particulières ne s’accompagnent pas de troubles comportementaux définis chez l’oiseau

2.2.2 La conception holistique du fonctionnement cérébral> Le cerveau fonctionne comme un tout et il n’existe pas de localisation des fonctions

« Il n’y a donc pas de siège pour les différentes facultés, ni pour les diverses sensations… » (1842)

2.2.3 La conception localisationniste du fonctionnement cérébral

> Chaque zone du cerveau serait associée à une fonction dont elle a le contrôle

2.2.3.1 John Hughlings Jackson (1835 – 1911)

Conceptions localisationnistes

> Observations sur des patients épileptiques

> Observations sur des patients lésés dans l’hémisphère droit

> Idées de compensation et de restauration fonctionnelle

2.2.3.2 Paul Broca et l’aphasie de Production (1824 – 1880)

Il localise une zone responsable de la production du langage dans le tiers postérieur de la 3ème circonvolution frontale

> Dans l’hémisphère GAUCHE

Aphasie de BROCA = Aphasie de production

2.2.3.3 Wernicke (1848 – 1905) et l’aphasie de compréhension

Il localise une zone responsable de la compréhension du langage dans le

lobe temporal supérieur et dans le tissu pariétal adjacent

> Dans l’hémisphère GAUCHE

Aphasie de WERNICKE = Aphasie de compréhension

Aphasie de Conduction

Les fibres de passage qui relient les zones de Broca et de Wernicke sont endommagées

● Fritsch et Hitzig (1870) stimulent électriquement des zones corticales chez le chien et observent des mouvements typiques – Théorie localisationniste

2.2.4 Suite du débat entre holistiques et localisationnistes

● Goltz (1881) réalise des lésions corticales chez le chien – Théorie holistique

● Flourens module les résultats de Broca – cf. Travaux dirigés

Le comportement est une constellation d'activités indépendantes(mais liées) et non un tout unitaire

● Claude Bernard : Il faut observer un organisme dans son ensemble pour en comprendre le fonctionnement

● Head et Von Monakov : Un cerveau lésé est un nouveau système, pas le système de base moins un élément

Karl Lashley (1890 – 1958) : Psychologue expérimental

● Des lésions cérébrales focales ont très peu d’effet sur les performances d’apprentissage de rats dans des labyrinthes

► L’apprentissage est réalisé à partir de nombreuses modalités sensorielles

Golgi (1843 – 1926) Cajal (1852 – 1934)

Exemple de neurones colorés par la méthode de Golgi

Représentation des neurones du cortex par Ramon y Cajal

► Idée d’un syncytium neuronal ► Doctrine Neuronale : les neurones sont unitaires et forment un réseau

2.3 A partir de 1900…

2.3.1 Les débuts de l’histologie : Camillo Golgi et Santiago Ramon Y Cajal

● Johannes Muller et Hermann von Helmholtz (19ème siècle) : l’activité électrique d’une cellule nerveuse affecte une autre cellule de façon prédictible

● Luigi Galvani (18ème siècle) : Les cellules nerveuses produisent de l’électricité

2.3.2 Brodmann et les cartes cytoarchitectoniques (1868 – 1918)

> En se basant sur des différences neuroanatomiques au niveau des couches corticales, Brodmann décrit 52 aires et dessine ses cartes cytoarchitectoniques (1909)

2.3.3 Wilder Penfield (1891 – 1976) et les homunculi

La stimulation corticale sur des zones bien définies chez des patients éveillés produit des sensations ou des mouvements

Homunculus moteur Homunculus sensoriel

Nobel de Médecine en 1932

Il introduit le terme de Synapse en 1897 et le concept d'unidirectionnalité pour la transmission synaptique

2.3.4 Charles Sherrington (1857 – 1952)

2.3.5 Donald Hebb (1904 – 1985)

Concept de plasticité synaptique : bases biologiques de l’apprentissage

► Des neurones individualisés sont la base du système nerveux

► Les idées localisationnistes sont plutôt bien admises

Est ce que la compréhension des mécanismes unitaires permettrait de comprendre comme le cerveau fait jaillir l'esprit ?

2.3.6 Depuis les années 1950

Il faut s'intéresser aux différents niveaux, on ne peut pas toujours partir de la base biologique pour comprendre un processus

2.3.7 Développement des Neurosciences cognitives

► Notion de réseaux neuraux impliquant plusieurs structures cérébrales pour une même fonction

Exemple d’une illustration des réseaux neuraux impliqués dans la reconnaissance du langage

(Beaucousin, d’après Vigneau et al. 2006)

► Recherches sur les interfaces « Neurones – Machine »

Une culture de neurones fœtaux de rat est disposée dans une coupelle et reliée à une interface informatique par le biais de microélectrodes.

La culture de cellules « dialogue » alors avec un programme informatique et elle « apprend » à se déplacer dans un environnement virtuel en évitant des obstacles. Cf. par exemple les travaux de Steve Potter, Georgia Inst. of Technology (Atlanta)

► Recherches sur les interfaces « Neurones – Machine »

Le robot Gordon (K. Warwick, Université de Reading, GB) : Une culture de 50000 à 100000 neurones de rat dirige un robot pour lui éviter des obstacles.

Les neurones mis en culture établissent des connexions après 24h puis commencent à s’envoyer des messages nerveux. Ces messages sont captés par des microélectrodes en vue de « diriger » le robot.

► Recherche sur les interfaces « Cerveau – Machine »

Une plaquette de microélectrodes est implantée dans le cortex moteur d’un patient paraplégique et l’activité enregistrée est envoyée à un ordinateur qui va la traduire pour permettre au patient de contrôler un curseur, une prothèse ou bien de jouer à un jeu sur un écran.

Hochberg et al. 2006 ; Nature

« Profitons de ces expériences pour réexaminer le trop grand écart qui existe (en Europe) entre la raison et le corps sensible » (Alain Berthoz).

« Notre intelligence, notre créativité, nos sens, nos émotions, nous les devons à de simples messages électrochimiques »

3. Les principaux outils d’exploration du cerveau et de son fonctionnement

3.1 Anatomie et Histologie du Système Nerveux

Cellules nerveuses Myéline

Microscopie optique et électronique

3.1.1 Scanner à rayon X(Computerized Tomography)

3.1.2 Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) Anatomique

3.2 L'électrophysiologie

3.2.1 Electroencéphalogramme (EEG)

• Rythmes d’éveil / veille• Mort cérébrale• Localisation de foyers épileptiques

3.2.2 Les potentiels évoqués (PE)

Signal électrique « moyen »

Temps en ms.N1

P1

P2

Les signaux EEG obtenus à chaque présentation du stimulus sont « moyennés » afin d’isoler le potentiel électrique moyen évoqué par le stimulus

3.3 L’imagerie fonctionnelle

3.3.1 La Tomographie par Emission de Positrons (TEP)

► Principe général : La détection des variations régionales du débit sanguin permet d’estimer l’activité cérébrale

3.3 L’imagerie fonctionnelle

3.3.2 L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)

Illustration des régions cérébrales impliquées en réponse à de la cocaïne ou bien à du chlorure de

sodium (Kufhal et al. 2005)

Au repos

« Activation »

Hémoglobine oxygénéeHémoglobine désoxygénée

Et plein d’autres nouvelles techniques…

► Neurosciences cognitives (la biologie de l'esprit) : Gazzaniga, Michael S ; Ivry, Richard B. ; Mangun, George Ronald, Editeur : De Boeck université (2001) – BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.8 GAZ & BU Lettres Salle de lecture 159.91 GAZ

► Psychobiologie : Rosenzweig, Mark R. ; Leiman, Arnold L. ; Breedlove, S. Marc, Editeur : De Boeck université (1998) – BU Lettres Salle de lecture 159.9 ROS & BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.821 ROS

► Neurosciences : Purves, D. ; Augustine G.J., 2e éd. française avec CD-Rom incorporé, Editeur : De Boeck (2003) – BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel CD 612.8 NEU

► Le Cerveau à tous les Niveaux : http://lecerveau.mcgill.ca/

FIN