Ph.D. Psychologie Cognitive Psychologue. … · normal et pathologique ... s'expliquent, elles...

Rosa Yssaad-Fesselier Ph.D. Psychologie Cognitive Psychologue. Neuropsychologue. HCL [email protected] http://www.rosa-yssaad-fesselier.com

Neurosciences

Gazzaniga & Miller. 1970

Neurosciences

• Neurosciences: ensemble de disciplines étudiant les aspects normaux ou pathologiques des neurones et du système nerveux.

• Neurosciences domaine scientifique hétérogène sciences biologiques, biochimie, pharmacologie, anatomie … et sciences médicales: neurologie, neuropsychologie, psychiatrie.

• 1990: accroissement des connaissances. Transformation du champ des neurosciences

• Apports de différentes disciplines, étude pluri- et interdisciplinaire du système nerveux, normal et pathologique

• Etude au niveau fonctionnement moléculaire élémentaire et des fonctions intégrées les plus élaborées : Emotions, Comportement, Cognition, Psychologie.

Neurosciences

• L’histoire des Nces a été axée sur trois thèmes:

• I. Esprit vs. Cerveau: (Unitaire/Dualisme) L’esprit (cognition/comportement) et le cerveau (substance physique) sont-ils séparés (dualisme) ou sont-ils unifés (unitaire) ?

• II. Local ou global: Les neurones ont-ils des fonctions spécifiques (Local) ou sont-il indifférenciés, fonctionnent comme un tout (holism/global)?

Neurosciences

III. Nature de la communication neuronale:

L’esprit est-il crée par le cerveau?

La conscience peut-elle se résumer aux neurones?

Existe-t-il un epsrit au delà des neurones?

Débat d’actualité.

Esprit-Cerveau Egypte

• Egypte 1700 av. J-C

• Le premier document portant sur le cerveau, son anatomie, ses méninges est écrit sur le Edwin Smith Surgical papyrus. Peut-être écrit par Imhotep.

• Le cerveau n’était pas préservé lors de la momification. L'excérébration . Seul le cœur - siège de la pensée et des sentiments - et les reins sont remis en place après momification.

Cerveau en hiéroglyphe

Egypte

• Ancienne Egypte: médecine et magie liées.

• Le Edwin Smith Papyrus présente une approche rationnelle et scientifique à la médecine

Esprit-Cerveau Grèce

Platon 427-347 av. J-C : a crée l’Académie d’Athènes qui était une école de grande influence. Il pensait que le cerveau était le siège des processus mentaux.

Esprit-Cerveau Grèce

Aristote 384-322 av. J-C : pensait que l’ésprit avait son siège dans le coeur qui contient les émotions et les pensées. Le cerveau jouait le rôle de réfrigérateur pour le coeur. Il a réalisé des dissections sur des animaux (la dissection du corps humain était interdite).

• Communication neuronale

• GALIEN 130-200 : était un excellent chirurgien. Il pensait que le cerveau recevait l’information sensorielle et était responsable du contrôle moteur en utilisant les mécanismes de l’énergie fluide.

Esprit-Cerveau

Esprit-Cerveau

• Communication Neuronale:

• René Descartes :1596-1650 pensait que les nerfs contenaient des “esprits animaux” qui étaient responsables du flux de l’information motrice et sensorielle dans le corps.

• Descartes dualiste: Esprit et corps: deux entités différentes communiquant à travers la glande pinéale (siège de l’âme).

Esprit-Cerveau

Fonctionnement de la glande pinéale. Descartes, Traité de l'Homme (édition de 1664)

Esprit-Cerveau

« Les autres fonctions corporelles s'expliquent, elles aussi, comme des suites de ce «feu sans lumière» qui brûle continuellement dans le cœur ; par exemple, les parties «les plus agitées et les plus pénétrantes» du sang chauffé par le cœur composent les «esprits animaux», sorte de flamme très pure et très vive qui, circulant à l'intérieur des nerfs, vient produire les mouvements des membres.» Méditations.

Descartes

« De même, lorsque nous avons besoin de boire, il naît de là une certaine sécheresse dans le gosier, qui remue ses nerfs, et par leur moyen les parties intérieures du cerveau ; et ce mouvement fait ressentir à l’esprit le sentiment de la soif, parce qu’en cette occasion- là il n’y a rien qui nous soit plus utile que de savoir que nous avons besoin de boire, pour la conservation de notre santé – et ainsi des autres. » René Descartes. Méditations métaphysiques. (1641)

Age des lumières: 1700's début du 18 siècle, établi que le système nerveux a une nature électrique.

Communication Neuronale

Johannes Müller (1840) montre que, un nerf ne donne lieu qu’à une seule sorte de sensation : spécificité des nerfs.

Les lésions d’un des deux hémisphères laissaient intactes certaines perceptions donc hypothèse que les deux hémisphères ne sont pas le siège des mêmes fonctions : dualisme fonctionnel qui remet en cause l’unité de l’âme.



Johannes Müller vitaliste (s’oppose aux mécanistes qui pensent que la vie peut se ramener à des phénomènes physico-chimiques)

Phénomènes vitaux ne peuvent pas se ramener à des phénomènes physiques. Force vitale inexplicable selon les lois de la physique.

" La vie c’est l’ensemble des fonctions qui résistent à la mort. "


Spécificité des nerfs ouvre la voie à la théorie des localisations cérébrales cerveau composé de zones possédant des fonctions particulières.

Doctrine des énergies spécifiques aux nerfs. Sensation différentes = énergies différentes au niveau des nerfs. (Faux).

• Franz Joseph Gall (1758-1828) défenseur de la localisation cérébrale. Fondateur de la phrenologie. " le cerveau se compose d’autant de systèmes particuliers qu’il exerce de fonctions distinctes. "

• Le cerveau n’est pas un organe unique mais composé d’un ensemble d’organes, chacun correspondant à une faculté.

• Sa théorie fait scandale car elle remet en question l’unité de l’âme.

Localisationiste/Holistes

Localisationiste/Holiste

• Gall médecin et neuroanatomiste autrichien, n’était pas scientifique, car il n’a pas vérifié ses opinions. Présentait sa théorie sous forme de spéctacle.

• En utilisant une faculté plus fréquemment que d’autres, on provoque le développement de l’aire cérébrale correspondante. Donc augmentation de la taille et formation d ‘une bosse sur la paroie du crâne située au dessus.

• Le résultat le plus important de cette théorie et qu’il a attiré l’attention sur le cortex cérébral.

• Johann Spurzheim 1776-1832 un autre Phrénoloigste. Avec Gall, ils pensaient que l’on peut déterminer les cactéristiques d’une personne en analysant sa surface crânienne.

• Bosse Fonction plus développée


• Pierre Flourens 1794-1867. À partir de 1825 , ses travaux portent sur les effets de lésions chirurgicales du système nerveux. Il a montré que l’amplitude du désordre ne dépendait pas de la localisation de la lésion, mais de la quantité du cerveau lésé.

• Leader opposant à la théorie de localisation C. Il refusait l’idée que le langage, la mémoire fussent localisées dans des régions distinctes.


Flourens a une vision holistique. L’ensemble du cerveau est impliqué dans les comportements.

« Il n’y a pas donc de sièges divers pour les diverses facultés, ni pous les diverses sensations. La faculté de sentir, de juger, de vouloir une chose, réside dans le même lieu que celle d’en vouloir une autre, et conséquemment, cette faculté, essentiellement réside dans un seul organe. » Flourens, 1842.


• Son expertise lui vaut d'être appelé par l’Académie des Sciences pour trancher le débat, portant sur la phrénologie de Gall, dont l’aspect scientifique est de plus en plus contesté.

• l'Académie décide finalement de juger la phrénologie comme infondée scientifiquement.


• J. Hughlings Jackson 1835-1911

• Crise épileptique progresse d’une partie à une autre. Donc représentation ordonnée du corps dans une région corticale du cerveau.

• Concept de topographie

• Retour à la vision localisationiste.


J. Hughlings Jackson fut le premier à observer qu’une lésion de l’HD perturbe davantage le traitement visuo-spatial que la lésion de l’HG.

Il remarque qu’il était rare que les patients perdent complètement une fonction. S’ils perdent le langage, il peuvent dire certaines choses. Il en conclut qu’un comportement donné fait appel à de nombreuses régions du cerveau.


• Pierre Paul Broca (1824-1880)

• Leader de la localisation fonctionnelle en fonction des convolutions cérébrales.

• 1862, patient Tan-Tan suite à un AVC pouvait comprendre le langage mais ne pouvait pas parler.


M. Leborgne qui n'était affecté d'aucune paralysie des muscles bucco-phonateurs et qui ne présentait aucun trouble de la compréhension verbale, ne pouvait plus prononcer qu'une seule syllabe : "tan" qu'il répétait généralement deux fois, d'où son surnom dans l'hospice, "tan-tan".

Broca pratiqua une autopsie du cerveau de Leborgne et constata une importante lésion syphilitique de l'hémisphère gauche au niveau du lobe frontal. Cette aire portera son nom

La région frontale inférieure (aire de Broca) est impliquée chez l'adulte dans la production verbale.


• Carl Wernicke 1848-1904 a montré un patient ayant un profil similaire à celui de tan-tan. Mais cette fois, le patient parle beaucoup, mais le discours n’a pas de sens. L’aire lésée est au niveau de l’HG, à la rencontre du lobe temporal et lobe pariétal postérieur.

• Cette conclusion a fait revivre la vision localisationiste.


• Gustav Fritsch. 1838-1907

• La stimulation électrique du cerveau des chiens et grenouille a permi à Fritsch d’étayer la localisation des fonction cérébrales.

• La stimulation de certaines aires provoquait des mouvements au niveau du cou et des pattes arrières.


• Eduard Hitzig 1838-1927. A travaillé avec Fritsch, il a montré qu’un courant éléctrique appliqué au niveau du cerveau provoquait des contractions musculaires.

• Conclusion: différentes régions = différentes fonctions.

• DONC Différents aspects au niveau cellulaire


Des neuroanatomistes allemands ont commencé l’examination du cerveau au microscope pour déterminer les types cellulaires en fonction des régions.

Brodman a utilisé la méthode de coloration (Franz Nissl: coloration qui fait apparaître les corps cellulaires des neurones et non leurs prolongements). Il a pu visualiser les différents types cellulaires des régions cérébrales.


• Korbinian Brodmann 1868-1918. Il a délimité 52 aires cérébrales.

• Il s’est appuyé sur le type de tissu et sur l’histologie.

• La différence entre les cellule en fonction de leur architecture cytoarchitectonique.

• Nouveaux arguments en faveur d’une vision localisationiste.


• Les aires correspondent à l'organisation structurale apparente du cortex (nombre de couches, épaisseurs des couches, arborisation dendritique etc.).

• Chaque région du cortex ayant la même organisation cellulaire a un numéro allant de 1 à 52. Brodmann a également relié chacune de ces 52 aires à une fonction propre.


Vue latérale de l’hémisphère gauche Vue médiale de l’hémisphère droit


A. 1,2,3 Cortex sensitif: Sensibilité

Aires 4: cortex moteur: motricité

A. 7: associative pariétale postérieures: Visuo-motricité et perception

A. 17: aire visuelle primaire A. 18 aire visuelle secondaire.

A. 41-42: auditive

A. 43 olfactive

A. 6 motrice


La révolution scientifique qui devait transformer la façon de comprendre le système nerveux se passait au sud. Italie et Espagne.


• Communication neuronale: Camillo Golgi. Italie. 1843-1956

• Développement d’une coloration par impregnation argentique de neurones individuels qui permettait de visualiser l’ensemble du neurone.

• Pour Golji, le cerveau est une masse continue qui partage le même cytoplasme. Le cerveau est syncytium: région de cytoplasme contenant plusieurs noyaux. Fibres d’un réseau ininterrompu


• C. Neuronale. Santiago Ramón Y Cajal. 1852-1934. Espagne. Utilise la méthode de l’impregnation argentique de Golji. Contrairement à Golji, il affirme que les neurones sont des entités discrètes, séparés par de fins espaces que Sherrington nommera synapses.

• Il découvre:

• 1- Nature unitaire du Neurone.

• 2- Transmission des infos électriques dans un seul sens : dentrites vers l’extrémité de l’axone.

Communication neuronale

• Johannes Pukinje 1787-1869

• la couche des cellules de Purkinje : c'est une monocouche de cellules à large cytoplasme présentant des prolongements dendritiques pediculés et qui s’étendent dans un seul plan de l’espace.

Communication neuronale

• Les cellules de Purkinje sont des neurones GABAergiques du cx cérébelleux .

• Elles présentent un corps cellulaire piriforme coiffé par une arborescence dendritique parasagittale s'épanouissant par bifurcations successives dans la couche moléculaire, et émettent un axone descendant dans la couche granulaire vers les noyaux cérébelleux profonds.

cortex cérébelleux 3 couches c. : grains, C. moléculaire et C. des cellules de Purkinje.

Cellule de Purkinje. Cerveau de souris. Image microscope confocal.


• K. S. Lashley 1890-1958. A tenté de découvrir le siège de la mémoire. A cherché les composants neuronaux de la mémoire (Engrammes). A travaillé sur les rats. Lésion différents pourcentage du tissu cérébral des rats. Teste sur un labyrithe qu’ils avaient appris au préalable.

• Résultat: une dégradation graduelle des performances. Donc, l’engramme n’est pas une connexion spécifique, mais la somme de plusieurs connexions.

• Retour à la vision holistique.

Incision cérébrale sur des rats. Réalisées par Lashley pour l’étude de la mémoire.


• Wilder Penfield 1891-1976. Grand neurochirurgien. Spécialisé dans l’épilepsie.

• En stimulant le Cx des patients a remarqué que la stimulation de plusieurs cellules donnait un résultat précis. (un patient dirait “grand mère”.) D’où la cellule grand mère. "Grandmother cell“.

• Sa vision localisationiste a profondément influencé la neurologie moderne et autres champs scientifiques.


Biologie de la mémoire. Patients opérés rapportaient l'apparition de souvenirs lorsque les lobes temporaux étaient stimulés électriquement.

Conclusion: souvenirs conservés dans des endroits spécifiques du cerveau.

Remise en question de la théorie de K. Lashley : Souvenirs sont dispersés dans tout le cortex.


Stimulation électrique du cerveau permet d'identifier les parties du cortex consacrées

aux sensations

à la motricité, (Penfield 1937).

Homunculus sensitif de Penfield

H. Moteur de Penfield


Communication Neuronale.

Epoque moderne: 2000- à nos jours

La communication de neurones utilisant des signaux électrique et chimiques est bien établie et bien acceptée (la doctrine du neurone).


• Localisme et holisme extrêmes sont remplacés par le connexionnisme.

• Les fonctions primaires (sensorielles, motrices) sont très localisées. Au contraire, les fonctions de plus haut niveau, telle la reconnaissance d’objet, la mémoire, le langage, sont le résultat d’interconnexions entre différentes aires du cerveau.

• De plus, dans les aires où une fonction est localisée, cette fonction est distribuée sur un ensemble de neurones. Ainsi, il n’existe pas une cellule Grand-mère.

Esprit/Cerveau

Même si la majorité des neuroscientifiques croient que l’esprit et le cerveau sont reliés d’une certaine façon, plusieurs croient en l’âme.

Comment concilier ces façons de voir? Est-il nécessaire de les réconcilier?


IRM cérébrale fonctionnelle: enregistrement des variations hémodynamiques (variation des propriétés du flux sanguin) cérébrales locales minimes, lorsque ces zones sont stimulées.

La localisation des zones cérébrales activées Effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependant), lié à l’aimantation de l’hémoglobine (globules rouges).


Expérience simple: Alterner entre des moments où le sujet regarde un objet (30 sec.) et des moments où il ferme les yeux (30sec.)

Les données IRMf sont analysées pour identifier les aires du cerveau où le signal de la raisonnance magnétique s’ajuste au changement. Cette aire est identifiée comme aire traitant cette info.

Dans l’exemple suivant, il s’agit de l’aire visuelle au niveau du lobe occipital.

Localisationiste/Holiste IRM Fonctionnelle

Présent/futur • Chez des pianistes de haut niveau l’épaisseur de

certaines autoroutes de l’information est directement liée à l’intensité de l’apprentissage.

• La réaction du cerveau à l’exercice – l’épaississement des fibres par intensification des connexions – est plus forte chez les plus jeune. Les apprentis pianistes, 3 000 heures d’exercices renforcent autant les fibres à 11 ans que 40 000 heures à 17 ans.

• Chez les bébés, le câblage de l’hémisphère gauche, est plus développé avant que l’enfant ne parle, même s’il n’est pas encore fonctionnel


• L’imagerie médicale bénéficie depuis 20 ans des exploits de l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM)

• Augmentation de la puissance des champs magnétiques permet d’approcher une anatomie très fine et d’explorer in vivo des processus fonctionnels hautement élaborés de notre cerveau. Denis Le BIHAN en charge à NeuroSpin d’Orsay d’un programme investiguant les possibilités d’utiliser les très hautes champs magnétiques (>10 Tesla) pour la recherche biologiques et médicale.

Présent/futur

Les atlas de la «connectique» cérébrale ouvrent une autoroute pour explorer notre organe central, pour de nouvelles collaborations entre médecins, spécialistes de la psychologie et neurobiologistes.

Etablir un plan en 3D des fibres nerveuses. Ces connexions sont fondamentales pour le fonctionnement du cerveau.

Connectique

NeuroSpin

Présent/futur

Avec NeuroSpin, il deviendra possible d’observer avec une précision moléculaire notre cerveau entre autres, mais surtout de découvrir si un « code neural » existe, dirigeant le fonctionnement général de notre cerveau.

Présent/futur

le programme de modélisation du cerveau (École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse)), a reçu de la part de l'Union européenne une dotation de plus de 1 milliard d'euros sur dix ans.

Importance accordée à la compréhension de cet organe qu’est le cerveau.

Présent/futur

Peut-on un jour avoir accès à la nature de l'information traitée par les différentes régions de notre cerveau?

Accèderons-nous au contenu de la pensée?

Brain Waves

identifying biomarkers for mental and other neurological conditions using electroencephalography (EEG).

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