Une version PDF est téléchargeable sur mon site d’enseignement ou vous trouverez également des annales des examens ainsi que des liens connexes aucours :

http://psychobiologierouen.free.fr

Ce document est destiné aux étudiants en 1ère année de Psychologie qui suivent l’enseignement « Introduction aux Neurosciences Cognitives » à l’université de Rouen. Il sert de support au cours de Vincent Roy.

Introduction aux Neurosciences CognitivesLicence 1 ère année de Psychologie – S1UE1

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Vincent.roy@univ-rouen.fr – Septembre 2013

Semaine 1 : CM1 – Vincent RoySemaine 2 : CM2 – Vincent RoySemaine 3 : CM3 – Vincent RoySemaine 4 : TD1 – Vincent RoySemaine 5 : TD2 – Vincent RoySemaine 6 : TD3 – Vincent Roy ���� Contrôle Continu

Semaine 7 : CM4 – Pierre ChapillonSemaine 8 : CM5 – Pierre ChapillonSemaine 9 : CM6 – Pierre ChapillonSemaine 10 : TD4 – Pierre Chapillon ou intervenantSemaine 11 : TD5 – Pierre Chapillon ou intervenantSemaine 12 : TD6 – Pierre Chapillon ou intervenant ���� Contrôle Continu

Organisation de l’enseignement

Introduction aux Neurosciences CognitivesLicence 1 ère année de Psychologie – S1UE1

Introduction :Pourquoi des Neurosciences cognitives dans un cursus de

Psychologie ?

• Comportements normaux

• Sensations, perception et motricité

• Sommeil, comportement alimentaire, comportement sexuel…

• Apprentissages et mémoire, résolution de problème, émotions, conscience…

Pour comprendre les bases neurobiologiques du compo rtement

• Troubles du comportement et atteintes du système ne rveux

• Dépression, Anxiété, Troubles moteurs et perceptifs, Maladie d’Alzheimer, Maladie de Parkinson, Sclérose en plaques, Epilepsies, Méningites…

• Développement et Vieillissement

Pour comprendre le monde qui nous entoure

• Le secteur judiciaire s’intéresse également aux neurosciences : détecter les mensonges en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ?

• Les « neuro-mythes » : la mémoire de 3 secondes du poisson rouge, on utilise seulement 10% de notre cerveau…

• Le neuromarketing s’appuie sur des résultats obtenus en neurosciences pour vendre des produits ou communiquer. Des données de la psychologie avait déjà été utilisées pour les messages subliminaux.

• Les substances qui augmenteraient la mémoire (avant les partiels) ou celles qui la détériore (drogue du violeur)

• Les jouets et média « interactifs » qui rendraient les enfants plus « intelligents ».

Partie 1 :Qu’est-ce que le

Système Nerveux ?

http://lecerveau.mcgill.ca/

� Gérer les relations de notre organisme avec le mond e extérieur

A quoi sert le système nerveux ?

� Entretenir la vie de notre organisme

Le fonctionnement du système nerveux ne peut donc se concevoir indépendamment du corps (milieu intérieur) et du monde qui nous entoure (milieu extérieur).

� La fonction sensitive� Message tactile au niveau de la peau

� Taux de sucre (glycémie) dans le sang

� La fonction d’intégration� Traitement conscient ou non du message

� La fonction motrice� Motricité pour saisir un objet

� Libération d’insuline par le pancréas

Les fonctions du système nerveux

Sur le plan anatomique on distingue le système nerveux central (SNC) du système nerveux périphérique (SNP)

SN Central = Encéphale + Moelle épinière

SNC SNP

Sur le plan fonctionnel on distingue le système nerveux cérébro-spinal du système nerveux autonome

� Le système nerveux cérébro-spinal permet de gérer les relations de notre organisme avec le monde extérieur. Il est aussi app elé système nerveux somato-sensoriel

Volontaire

Involontaire

� Le système nerveux autonome , aussi appelé système nerveux végétatif ou neurovégétatif permet d’entretenir la vie de l’organisme

SNA sympathique« Activation »

SNA parasympathique« Inhibition »

Description du Système Nerveux

• Système Nerveux Central

• L’encéphale• Le cerveau• Le cervelet• Le tronc cérébral

Les cellules du système nerveux

• La moelle épinière

• Système nerveux périphérique

• Les nerfs crâniens• Les nerfs spinaux

• L’encéphale comprends les éléments dans la boîte crânienne.

• Il est donc composé du Cerveau mais aussi du Cervelet et du Tronc cérébral

L’encéphale

Cerveau

Cervelet

Tronc cérébral

Cervelet

Le système nerveux central (SNC)

Forme ovoïdeDeux hémisphères

interconnectés

Scissure inter-hémisphérique ou Fissure longitudinale

Le cerveau

Observer le cerveau

Coupe coronale ou frontale

Coupe sagittale ou médiane

Coupe horinzontale ou axiale

Le cerveau

Lobe Frontal

Lobe Temporal

Lobe Occipital

Lobe Pariétal

Scissure Centrale (de Rolando)

Scissure Latérale (de Sylvius)

T1

T2

T3

Circonvolution Temporale 1

Sillon

Le cerveau

T4 et T5 en vue inférieure

La matière grise : cellules nerveuses et cellules gliales

La matière blanche : des fibres nerveuses

Le cerveau : vue interne

Matière grise

Matière blanche

Cellule nerveuse (neurone ) avec ses prolongements

Les cellules du système nerveux

Axone

Dendrites

Effecteur(ex : muscle)

• Cellules nerveuses ou Neurones

• Grace à sa membrane excitable et à ses prolongements, le neurone peut recevoir, conduire (voie électrique) et transmettre (voie chimique) des messages nerveux. La transmission se fait au niveau des synapses

Récepteur sensoriel

Environnement

• Il existe de très nombreux types de Neurones

• Cellules gliales

• Le cervelet est impliqué dans l’équilibration, la posture, le tonus musculaire et la motricitéfine.

• Il joue également un rôle dans la régulation des apprentissages, des émotions...

• Le tronc cérébral régule des fonctions vitales de l’organisme. Il a donc un rôle majeur dans le fonctionnement du SN autonome .

• Rythme cardiaque, respiration, sommeil…

Suite de la description de l’encéphale

La moelle épinière et la colonne vertébrale

12 paires de Nerfs Crâniens

Le système nerveux périphérique (SNP)

31 paires de nerfs spinaux

Vers le cerveau

Entrée sensorielle

Sortie motrice

L’arc réflexe au niveau de la moelle épinière

Partie 2 :Évolution des idées sur le

cerveau et le comportement

Le débat cardiocentrisme versus cérébrocentrisme

• Théorie cardiocentriste : le cœur est le centre de la pensée

• Théorie cérébrocentriste : le cerveau est le centre de la pensée

• Aristote : le cœur est le siège de l’âme ; le cerveau est un organe de «refroidissement »

• La bible fait mention du cœur et des entrailles - « Donne moi un cœur plein de sagesse » - mais pas du cerveau

• Expressions courantes dans le langage

• Hippocrate : 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.

Soigne des gladiateurs :

- Des blessures à la tête provoquent des changements dans le comportement

Vivisections chez l’animal :

- La section des nerfs provoque des réactions directement observables

Premiers liens entre système nerveux et comportemen ts

Galien (131-201)

Le dualisme cartésien

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

> Animal machine : Engrenage / Systèmes hydrauliques

> Homme : Ame d’origine divine, matérialisée par la glande pinéale

Réflexe spinal

Descartes (1596-1650)

Le matérialisme darwinien et la théorie de la sélection naturelle

> L’origine des espèces au moyen de la sélection naturelle (1859)

> Bases biologiques communes au comportement chez l’homme et chez les autres animaux

Phalène du bouleau

Darwin (1809-1892)

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 biolog ique dont on sait qu’elle pense, qu’elle se souvient, fait atten tion, résout des problèmes, désire faire l’amour, joue, écrit des ro mans, manifeste des préjugés et fait une infinité d’autres choses.

Vous êtes censé arriver à comprendre comment elle foncti onne…

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 ?

Les théories localisationniste et holistique au 19è me siècle

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’a ccompagnent pas de troubles comportementaux définis chez l’oiseau

La conception holistique du fonctionnement cérébral : le cerveau fonctionne comme un tout et il n’existe pas de localisation de s fonctions

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

La conception localisationniste du fonctionnement c érébral : chaque zone du cerveau serait associée à une fonction dont elle a l e contrôle

John Hughlings Jackson (1835-1911)

> Observations sur des patients épileptiques

> Observations sur des patients lésés dans l’hémisp hère droit

> Idées de compensation et de restauration fonction nelle

Broca et l’aphasie de Production

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

> Dans l’hémisphère GAUCHE

Aphasie de BROCA = Aphasie de production

Paul Broca (1824-1880)

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

La conception localisationniste du fonctionnement c érébral

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

Le comportement est une constellation d'activités i ndépendantes(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

● Hughlings Jackson : Il faut bien distinguer la localisation des symptômes et la localisation d’une fonction

Comportement / symptômes

Entrées sensorielles

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 mo dalités sensorielles

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

Exemple de neurones colorés par la méthodede 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

A partir de 1900…

Les débuts de l’histologie : Camillo Golgi et Santia go Ramon Y Cajal

Johannes Muller et Hermann von Helmholtz (19 ème siècle) : L’activitéélectrique d’une cellule nerveuse affecte une autre cellule de façon prédictible

Luigi Galvani (18 ème siècle) : Les cellules nerveuses produisent de l’él ectricité

Charles Sherrington (1857 – 1952) : Il introduit le terme de Synapse en 1897 et le concept d'unidirectionnalité pour la t ransmission synaptique

Donald Hebb (1904 – 1985) : Définit le concept de plasticité synaptique, qui représente une base biologique pour les apprentissages et à la mémoire

Brodmann et les cartes cytoarchitectoniques (1868 – 19 18)

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

Wilder Penfield (1891 – 1976) et les homunculi

La stimulation électrique de zones corticales préci ses chez des patients éveillés conduit à des sensations ou de s mouvements

Homunculus moteur Homunculus sensoriel

http://www.nobelprize.org/educational/medicine/split-brain/splitbrainexp.html

Roger Sperry (1913-1994) et les patients “split bra in”

Le corps calleux permet le transfert des informations d’un hémisphère à l’autre dans le cerveau.

En étudiant des patients « split brain », Sperry montre la spécialisation hémisphérique pour certaines fonctions.

► Des neurones individualisés sont la base du système ne rveux

► 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 ?

Depuis les années 1950

Il faut s'intéresser aux différentsniveaux, on ne peut pas toujourspartir de la base biologique pour comprendre un processus

Développement des Neurosciences cognitives

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

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

(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 pro gramme informatique et elle « apprend » à se déplacer dans un environnement v irtuel en évitant des obstacles. Cf. par exemple les travaux de Steve Potter, Georgi a 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 connexi ons après 24h puis commencent à s’envoyer des messages nerveux. Ces mes sages sont captés par des microélectrodes en vue de « diriger » le robo t.

► Recherche sur les interfaces « Cerveau – Machine »

Une plaquette de microélectrodes est implantée dan s le cortex moteur d’un patient paraplégique et l’activité enregistrée est e nvoyée à un ordinateur qui va la traduire pour permettre au patient de contrôl er 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 tr op grand écart qui existe (en Europe) entre la raison et le corps sensible » (Alain Berthoz).

« Notre intelligence, notre créativité, nos sens, no s émotions, nous les devons à de simples messages électrochimiques »

Partie 3 :Les principaux outils

d’exploration du système nerveux et de son fonctionnement

Exploration anatomique et histologique du système nerveux

La neuroanatomie consiste à décrire la structure et l’organisation de s différentes régions du système nerveux

• Description visuelle

• Techniques d’imagerie cérébrale

Les techniques d’imagerie cérébrale

• Scanner à rayon X (Computerized Tomography)

• Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) Anatomique

Les techniques d’imagerie cérébrale

L’histologie du système nerveux a pour objectif de décrire les tissus nerveux et leurs constituants

• Techniques de coloration

• Techniques de microscopie

Coloration des cellules nerveuses Coloration de la myéline

Microscopie électroniqueMicroscopie optique et fluorescence

Exploration fonctionnelle du système nerveux

� Des cellules du système nerveux, les neurones, produisent et conduisent des courants électriques que l’on peut mesurer.

� Pour fonctionner, les neurones ont besoin notamment de glucose et d’oxygène , apportés par le sang . On peut mesurer le débit sanguin dans le cerveau.

Etudier le fonctionnement du système nerveux et de ses constituants

• Electroencéphalogramme (EEG)

• Rythmes d’éveil / veille

• Mort cérébrale

• Localisation de foyers épileptiques

L’électrophysiologie permet de mesurer l’activité électrique au niveau d’une cellule nerveuse ou d’un tissu nerveux

• Les potentiels évoqués (PE)

Les signaux EEG obtenus à chaque présentation du sti mulus sont « moyennés » afin

d’isoler le potentiel électrique moyen évoqué par un stimulus (son, image, mot…)

Signal électrique « moyen »

Temps en ms.P1

N1

N2

P3

mV

• La Tomographie par Emission de Positrons (TEP)

L’imagerie cérébrale fonctionnelle permet d’observer les régions du cerveau en fonctionnement

• L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ( IRMf)

Au repos

« Activation »

Hémoglobine oxygénée

Hémoglobine désoxygénée

Le « contraste » entre l’activité au repos et l’activité durant une tâche cognitive permet de déterminer les régions impliquées dans cette tâche.

• L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ( IRMf)

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 Sci ences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.8 GAZ & B U Lettres Salle de lecture 159.91 GAZ

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

• Neurosciences : Purves, D. ; Augustine G.J., 2e éd. française ave c 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/

• Histoire du cerveau : Parent, A. Presses universitaires de Laval. BU Sc iences Mont-Saint-Aignan 612.82 PAR

• Cerveau et comportement : Kolb, B. & Whishaw, I., Editeur : De Boeck (2002) , 1ère Edition

FIN