Le cerveau

1

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

2

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

4

5

6

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

7

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

8

Journal Cerveau et Psycho, 81, octobre 2016,p.40

Pour distinguer le «b» du «d» et le

«p» du «q» quand il lit, l’enfant doit

inhiber un automatisme selon

lequel un objet est identique dans

un miroir. Cela se passe dans

l’aire de la forme visuelle des

lettres et des mots (en bleu), qui

s’active en même temps que les

autres régions du réseau de la

lecture.

Journal Cerveau et Psycho, 81, octobre 2016,p.41

Anatomie du cerveau

11

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 cérébrospinal (LCS) amortit les chocs12

Le liquide cérébrospinal (LCS) ou 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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16

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

17

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19

Le tronc cérébral

20

• Mémoire des mouvements21

Le système limbique

22

C’est un ensemble de zones cérébrales enfouies profondément au centre du cerveau

23

Le thalamus

L’épithalamus (glande pinéale)

L’hypothalamus

24

Epithalamus (glande pinéale)

25

Assure

l’équilibre de

notre milieu

intérieur

26

Autres structures du système limbique

➢ Amygdale

➢ Permet d’évaluer si un évènement est agréable

➢ Permet de reconnaître un visage effrayant

➢ Permet d’évaluer le danger → peur

➢ Aire tegmentale ventrale et noyau accumbens

➢ Circuit de la récompense (dopamine)

➢ Hippocampe

➢ mémorisation, inscription d’un nouveau souvenir.

➢ Orientation spatiale, mémorisation des itinéraires

➢ Ganglions de la base

➢ Rôle important dans le contrôle des mouvements

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30

Toutes les fibres nerveuses sensorielles et motrices

se croisent dans le SNC, au niveau du bulbe

rachidien

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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…

38

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)

➢ Réorganisation des aires cérébrales, suite à un accident

➢ Neurogenèse à partir de cellules souches (bulbe olfactif et

hippocampe)

Voir article «La plasticité une adaptation permanente»

39

40

L’entrainement peut modifier anatomiquement certaines

zones du cerveau:

➢ Hippocampes plus développés chez les chauffeurs de taxis londoniens

(avant le GPS !)

➢ 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

➢ Chez les aveugles de naissance, la lecture du braille active une zone

occipitale dédiée à la vision

41

La phrénologie ou étude des bosses du crâne, Franz Joseph Gall, fin du 18ème siècle42

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.

43

44

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

45

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

46

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)

47

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. 48

EEG pris lors d’une crise d’épilepsie :

Hypersynchronie de vastes groupes de neurones, qui s’activent/se désactivent

en même temps.

49

50

➢ 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

L’électroencéphalographie (EEG)

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 chirurgie51

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

52

L’IRM fonctionnelle

53

L’IRMf (imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle)

Avantage : 1 seule machine pour IRM anatomique et IRMf on peut faire des

correspondances anatomo-fonctionnelles 54

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 activation55

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. 56

Images cérébrales des mouvements réels

et imaginaires.

coupe haute coupe médiane

bouger la main droite

imaginer bouger la main droite

57

58

➢ De la même manière voir une vidéo (sans le son) active des régions auditives

➢ Les mêmes régions visuelles sont 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.

➢ Un basketteur saura si une personne va réussir son lancer franc simplement

en regardant le geste.

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.

59

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)

60

Comparaison entre les différentes techniques de neuroimagerie

61

62

Stimulation magnétique transcrânienne

➢ Impulsions magnétiques brèves mais très fortes appliquées à

travers le crâne

➢ On supprime (ou parfois on intensifie) l’activité de la zone stimulée

➢ Outil pour cartografier le cerveau

➢ On peut faire croire au patient qu’on lui a touché la joue, lui raviver

un souvenir…

63

Réseau du mode par défaut (RMD)

➢ Réseau de neurones qui sont actifs quand on ne fait rien !

➢ Leur activité cesse lors d’une tâche, se réactivent quand on ne

fait/pense plus rien = signature de la rêvasserie.

➢ RMD se met en place pendant l’enfance et peut parfois se dégrader

chez les personnes âgées.

➢ Le cerveau «au repos» consomme plus de glucose que lorsqu’il est

actif pour une tâche!

64

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).

65

«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, etc66

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.

➢ Souffrance physique active même zone que souffrance morale.

➢ On a tendance à faire les mêmes gestes que notre vis-à-vis.

➢ Contagion du bâillement

➢ Difficile de faire un mouvement tout différent de son vis-à-vis

➢ On se met à boiter en suivant quelqu’un qui boite67

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.68

69

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!70

71

La lecture

La lecture

72

➢ Apprentissage nécessaire, contrairement au langage.

➢ D’abord enfant apprend les lettres une après l’autre, puis lecture du mot

globale.

➢ Puis donner un sens à ce qu’on lit : autre zone du cerveau.

➢ 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 (ne reconnait plus les lettres)

mais elle peut prendre un texte sous dictée !!! Sans pouvoir se relire….

➢ Excellent documentaire sur https://www.youtube.com/watch?v=ptABRBcdI0c

In: « Pourquoi les chimpanzés ne parlent pas. Et 30 autres questions sur le cerveau

de l’homme », Laurent Cohen, Odile Jacob eds, p.7073

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.75

La reconnaissance des visages

➢ Très importante dans une espèce sociale comme la nôtre.

➢ Zone de reconnaissance des visage est située dans la zone plus

grande de reconnaissance des objets, face inférieure arrière de

l’hémisphère droit.

➢ Si lésée → prosopagnosie: incapacité à reconnaître qqn, même

proche.

➢ On développe pendant l’enfance la capacité à reconnaître les

visages de notre ethnie.

76

77

Reconnaissance des visages : facile seulement à l’endroit!

78

Informations apportées par un visage

➢ Sexe, âge, origine ethnique, beauté

➢ Regarder de côté pour voir un danger si son vis-à-vis le fait

➢ Lire l’expression d’un visage : peur, joie

➢ Peur très caractéristique : yeux écarquillés, blanc de l’œil très visible

➢ Regarder la bouche pour comprendre ce qui est dit (effet Mc Gurk)

79

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.

80

81

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.

82

83

Dilemme du tramway : vous pouvez sauver les 5 personnes sur

la voie, en actionnant l’aiguillage vers une seule personne

84

Dans A et dans B, ce sont des aires cérébrales différentes qui sont activées.

A : raisonnement «abstrait», «utilitaire», «bien général» → cortex préfrontal

B : régions impliquées dans les émotions

→

Pathologies et

dysfonctionnement du

système nerveux central

85

Le coma

➢ Lésions/mauvais fonctionnement du tronc cérébral

➢ Le coma est un état de perte de conscience dans lequel la personne

répond de façon très limitée à son environnement.

➢ Le coma peut avoir différentes causes affectant la machinerie

neuronale du cerveau, certaines étant réversibles, d’autres non.

➢ Ressemble au sommeil mais état très différent:

➢ Sommeil : cerveau très actif

➢ Coma : cerveau beaucoup moins actif que normal, la personne ne

répond pas, même aux stimulations douloureuses

➢ En IRMf si on dit à qqn en coma profond de penser p.ex. qu’il joue du

tennis, on voit des différences → la personne entend et pense!86

L’état végétatif

➢ Cerveau endommagé, tronc cérébral intact

➢ L’état végétatif est défini par une ouverture spontanée

des yeux, mais sans conscience.

➢ Certains mouvements réflexes sont possibles, p.ex.

mouvements des yeux, mais sans poursuite visuelle.

➢ L’état de conscience minimale : une ouverture des

yeux avec une conscience « partielle » possible, mais

insuffisante pour qu’une communication fonctionnelle

puisse s’établir. 87

Le locked-in syndrome

➢ Causé par un AVC dans le pont (tronc cérébral)

➢ Etat de conscience, facultés intellectuelles intactes

➢ La personne entend tout, voit tout mais ne peut pas bouger, sauf les

paupières et parfois les yeux

➢ Ressentent encore le toucher et la douleur, peuvent situer leurs

membres dans l’espace

88

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.

89

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 appris90

Le syndrome Gilles de la Tourette

➢ Caractérisé 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 ans

➢ Mozart, Dickens, Kafka, Malraux, David Beckham en souffrent…91

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)

➢ Composante génétique, probablement >1 gène touché

➢ On peut supprimer les symptômes par stimulation cérébrale

profonde

➢ Sur TIC, TOC et Gilles de la Tourette, documentaire 36°9 du 20.09.2017,

TSR 92

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 93