Plan du cours Bel... · 2018. 11. 7. · Plan du cours Cours 1: Évolution cosmique, chimique et...
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Plan du cours
Cours 1 Eacutevolution cosmique chimique et biologique (des unicellulaires aux multicellulaires)
Cours 2 Un neurone deux neurones quelques neurones (la grammaire de base du cerveau)
Cours 3 Des milliers et des millions de neurones (des structures ceacutereacutebrales distinctes)
Cours 4 Des milliards de neurones (qui forment des reacuteseaux agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier)
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent et se synchronisent dans le temps
Cours 6 Tout ce qui preacutecegravede dans un corps situeacute dans un environnement
Cours 7 Tout ce qui preacutecegravede fait eacutemerger les laquo fonctions supeacuterieures raquo
Cours 8 Tout ce qui preacutecegravede pour consideacuterer de grandes questions (libre arbitre eacuteducation etc)
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
B- Eacuteveil sommeil et recircve
La semaine derniegraverehellip
A- La cartographie anatomique
du cortex drsquohier agrave aujourdrsquohui
B- Imagerie ceacutereacutebrale fonctionnelle
voir nos reacuteseaux ceacutereacutebraux srsquoactiver
hellipmais pas en temps reacuteel (mauvaise reacutesolution temporelle de lrsquoIRMf)
Or nos fonctions cognitives sont rendues possibles par la communication
rapide entre de grandes populations de neurones disperseacutes dans de multiples
structures ceacutereacutebrales
Pour les comprendre veacuteritablement on doit connaicirctre lrsquoactiviteacute en temps reacuteel
de ces neurones distribueacutes dans lrsquoensemble de notre systegraveme nerveux
Whole-brain functional imaging at cellular resolution
using light-sheet microscopybullMisha B Ahrens Michael B Orger Drew N Robson Jennifer M Li amp Philipp J Keller
Nature Methods volume10 pages413ndash420 (2013) 18 March 2013bullhttpswwwnaturecomarticlesnmeth2434figures
laquo Brain function relies on communication between large populations of
neurons across multiple brain areas a full understanding of which would
require knowledge of the time-varying activity of all neurons in the
central nervous system raquo
Dans cette eacutetude
cela a par exemple
permis drsquoobserver
que diffeacuterentes
populations de
neurones avaient
des patterns
drsquoactiviteacute correacuteleacutes
httpssteemitcomdeep-
learningtriloneural-
decoding-with-deep-learning-
project-motivation
Chez lrsquoanimal on dispose de techniques plus puissantes que lrsquoIRMf chez
lrsquohumain comme limagerie du calcium qui permet une reacutesolution beaucoup plus
grande agrave la fois dans le temps et dans lespace
Agrave laide de virus ou de manipulations geacuteneacutetiques on peut introduire des
indicateurs de calcium dans la majoriteacute des neurones du cerveau
Eacuteclaireacutes avec la lumiegravere drsquoun microscope speacutecial ces neurones eacutemettent alors
une lumiegravere fluorescente en fonction de leur taux de calcium (un bon indicateur
de leur activiteacute eacutelectrique)
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
B- Eacuteveil sommeil et recircve
La semaine derniegraverehellip
A- La cartographie anatomique
du cortex drsquohier agrave aujourdrsquohui
B- Imagerie ceacutereacutebrale fonctionnelle
voir nos reacuteseaux ceacutereacutebraux srsquoactiver
hellipmais pas en temps reacuteel (mauvaise reacutesolution temporelle de lrsquoIRMf)
Or nos fonctions cognitives sont rendues possibles par la communication
rapide entre de grandes populations de neurones disperseacutes dans de multiples
structures ceacutereacutebrales
Pour les comprendre veacuteritablement on doit connaicirctre lrsquoactiviteacute en temps reacuteel
de ces neurones distribueacutes dans lrsquoensemble de notre systegraveme nerveux
Whole-brain functional imaging at cellular resolution
using light-sheet microscopybullMisha B Ahrens Michael B Orger Drew N Robson Jennifer M Li amp Philipp J Keller
Nature Methods volume10 pages413ndash420 (2013) 18 March 2013bullhttpswwwnaturecomarticlesnmeth2434figures
laquo Brain function relies on communication between large populations of
neurons across multiple brain areas a full understanding of which would
require knowledge of the time-varying activity of all neurons in the
central nervous system raquo
Dans cette eacutetude
cela a par exemple
permis drsquoobserver
que diffeacuterentes
populations de
neurones avaient
des patterns
drsquoactiviteacute correacuteleacutes
httpssteemitcomdeep-
learningtriloneural-
decoding-with-deep-learning-
project-motivation
Chez lrsquoanimal on dispose de techniques plus puissantes que lrsquoIRMf chez
lrsquohumain comme limagerie du calcium qui permet une reacutesolution beaucoup plus
grande agrave la fois dans le temps et dans lespace
Agrave laide de virus ou de manipulations geacuteneacutetiques on peut introduire des
indicateurs de calcium dans la majoriteacute des neurones du cerveau
Eacuteclaireacutes avec la lumiegravere drsquoun microscope speacutecial ces neurones eacutemettent alors
une lumiegravere fluorescente en fonction de leur taux de calcium (un bon indicateur
de leur activiteacute eacutelectrique)
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
La semaine derniegraverehellip
A- La cartographie anatomique
du cortex drsquohier agrave aujourdrsquohui
B- Imagerie ceacutereacutebrale fonctionnelle
voir nos reacuteseaux ceacutereacutebraux srsquoactiver
hellipmais pas en temps reacuteel (mauvaise reacutesolution temporelle de lrsquoIRMf)
Or nos fonctions cognitives sont rendues possibles par la communication
rapide entre de grandes populations de neurones disperseacutes dans de multiples
structures ceacutereacutebrales
Pour les comprendre veacuteritablement on doit connaicirctre lrsquoactiviteacute en temps reacuteel
de ces neurones distribueacutes dans lrsquoensemble de notre systegraveme nerveux
Whole-brain functional imaging at cellular resolution
using light-sheet microscopybullMisha B Ahrens Michael B Orger Drew N Robson Jennifer M Li amp Philipp J Keller
Nature Methods volume10 pages413ndash420 (2013) 18 March 2013bullhttpswwwnaturecomarticlesnmeth2434figures
laquo Brain function relies on communication between large populations of
neurons across multiple brain areas a full understanding of which would
require knowledge of the time-varying activity of all neurons in the
central nervous system raquo
Dans cette eacutetude
cela a par exemple
permis drsquoobserver
que diffeacuterentes
populations de
neurones avaient
des patterns
drsquoactiviteacute correacuteleacutes
httpssteemitcomdeep-
learningtriloneural-
decoding-with-deep-learning-
project-motivation
Chez lrsquoanimal on dispose de techniques plus puissantes que lrsquoIRMf chez
lrsquohumain comme limagerie du calcium qui permet une reacutesolution beaucoup plus
grande agrave la fois dans le temps et dans lespace
Agrave laide de virus ou de manipulations geacuteneacutetiques on peut introduire des
indicateurs de calcium dans la majoriteacute des neurones du cerveau
Eacuteclaireacutes avec la lumiegravere drsquoun microscope speacutecial ces neurones eacutemettent alors
une lumiegravere fluorescente en fonction de leur taux de calcium (un bon indicateur
de leur activiteacute eacutelectrique)
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Or nos fonctions cognitives sont rendues possibles par la communication
rapide entre de grandes populations de neurones disperseacutes dans de multiples
structures ceacutereacutebrales
Pour les comprendre veacuteritablement on doit connaicirctre lrsquoactiviteacute en temps reacuteel
de ces neurones distribueacutes dans lrsquoensemble de notre systegraveme nerveux
Whole-brain functional imaging at cellular resolution
using light-sheet microscopybullMisha B Ahrens Michael B Orger Drew N Robson Jennifer M Li amp Philipp J Keller
Nature Methods volume10 pages413ndash420 (2013) 18 March 2013bullhttpswwwnaturecomarticlesnmeth2434figures
laquo Brain function relies on communication between large populations of
neurons across multiple brain areas a full understanding of which would
require knowledge of the time-varying activity of all neurons in the
central nervous system raquo
Dans cette eacutetude
cela a par exemple
permis drsquoobserver
que diffeacuterentes
populations de
neurones avaient
des patterns
drsquoactiviteacute correacuteleacutes
httpssteemitcomdeep-
learningtriloneural-
decoding-with-deep-learning-
project-motivation
Chez lrsquoanimal on dispose de techniques plus puissantes que lrsquoIRMf chez
lrsquohumain comme limagerie du calcium qui permet une reacutesolution beaucoup plus
grande agrave la fois dans le temps et dans lespace
Agrave laide de virus ou de manipulations geacuteneacutetiques on peut introduire des
indicateurs de calcium dans la majoriteacute des neurones du cerveau
Eacuteclaireacutes avec la lumiegravere drsquoun microscope speacutecial ces neurones eacutemettent alors
une lumiegravere fluorescente en fonction de leur taux de calcium (un bon indicateur
de leur activiteacute eacutelectrique)
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Whole-brain functional imaging at cellular resolution
using light-sheet microscopybullMisha B Ahrens Michael B Orger Drew N Robson Jennifer M Li amp Philipp J Keller
Nature Methods volume10 pages413ndash420 (2013) 18 March 2013bullhttpswwwnaturecomarticlesnmeth2434figures
laquo Brain function relies on communication between large populations of
neurons across multiple brain areas a full understanding of which would
require knowledge of the time-varying activity of all neurons in the
central nervous system raquo
Dans cette eacutetude
cela a par exemple
permis drsquoobserver
que diffeacuterentes
populations de
neurones avaient
des patterns
drsquoactiviteacute correacuteleacutes
httpssteemitcomdeep-
learningtriloneural-
decoding-with-deep-learning-
project-motivation
Chez lrsquoanimal on dispose de techniques plus puissantes que lrsquoIRMf chez
lrsquohumain comme limagerie du calcium qui permet une reacutesolution beaucoup plus
grande agrave la fois dans le temps et dans lespace
Agrave laide de virus ou de manipulations geacuteneacutetiques on peut introduire des
indicateurs de calcium dans la majoriteacute des neurones du cerveau
Eacuteclaireacutes avec la lumiegravere drsquoun microscope speacutecial ces neurones eacutemettent alors
une lumiegravere fluorescente en fonction de leur taux de calcium (un bon indicateur
de leur activiteacute eacutelectrique)
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Dans cette eacutetude
cela a par exemple
permis drsquoobserver
que diffeacuterentes
populations de
neurones avaient
des patterns
drsquoactiviteacute correacuteleacutes
httpssteemitcomdeep-
learningtriloneural-
decoding-with-deep-learning-
project-motivation
Chez lrsquoanimal on dispose de techniques plus puissantes que lrsquoIRMf chez
lrsquohumain comme limagerie du calcium qui permet une reacutesolution beaucoup plus
grande agrave la fois dans le temps et dans lespace
Agrave laide de virus ou de manipulations geacuteneacutetiques on peut introduire des
indicateurs de calcium dans la majoriteacute des neurones du cerveau
Eacuteclaireacutes avec la lumiegravere drsquoun microscope speacutecial ces neurones eacutemettent alors
une lumiegravere fluorescente en fonction de leur taux de calcium (un bon indicateur
de leur activiteacute eacutelectrique)
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Avant drsquoaller vers ces laquo patterns drsquoactiviteacute correacuteleacutes raquo
reacutecapitulons agrave rebours lrsquohistoire
des nombreux processus dynamiques
que lrsquoon a raconteacutee jusqursquoici
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
Eacutechelle de temps Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Cette
semaine
Survoleacute agrave la
seacuteance 2
Abordeacute agrave la
seacuteance 3
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
On va donc aborder cette semaine le caractegravere
endogegravene dynamique et rythmique
de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique
dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu
lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer
lrsquoapparition de variations
cycliques dans cette
activiteacute eacutelectrique
agrave diffeacuterentes eacutechelle
incluant agrave lrsquoeacutechelle du
cerveau entier
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute
que les neurones encodent lrsquoinformation
en fonction de leur taux de deacutecharge
Mais beaucoup de donneacutees se sont
accumuleacutees et montrent qursquoil y a une
ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la
synchronisation temporelle preacutecise
des potentiels drsquoaction
August 2011
Cognitive Computing
Dharmendra S Modha et alhttpcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
On a vu qursquoagrave tout
moment
chacun de nos 85
milliards de neurones
reccediloit des milliers
drsquoexcitations et
drsquoinhibitions
synaptiques
Et agrave tout moment
si un certain seuil
est atteint dans le
segment initial de
lrsquoaxone
le neurone va
eacutemettre un potentiel
drsquoaction
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Chaque
neurone est
donc un
inteacutegrateur
extrecircmement
dynamique
doteacute bien
souvent en plus
drsquoune activiteacute
spontaneacutee
(cyclique)
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017
Discoveries of Molecular Mechanisms Controlling
the Circadian Rhythmhttpswwwnobelprizeorgnobel_prizesmedicinelaureates2017advanced-
medicineprize2017pdf
httplecerveaumcgillcaflashdd_11d_11_pd_11_p_hord_11_p_horhtml
On connaicirct beaucoup de pheacutenomegravenes
cycliques dans la naturehellip
laquo Qui veut voyager loin meacutenage sa monture raquo
7 octobre 2017 Par Jean Claude Ameisenhttpswwwfranceinterfremissionssur-les-epaules-de-darwinsur-
les-epaules-de-darwin-07-octobre-2017
hellipet dans le corps humain
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Et notre cerveau regorge de forces
qui srsquoopposent agrave commencer par
les canaux ioniques qui
deacutepolarisent ou hyperpolarisent
les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme
les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature
Il suffit que deux forces srsquoopposent
pour que le calme plat soit rapidement
remplaceacute par un rythme
Na
K
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
ldquonature went to a lot of
trouble bringing together
these channels at the right
densities and location just
to serve one purpose
oscillationrdquo
- Buzsaacuteki 2006
Na
K
[hellip] Llinaacutesrsquo findings
revealed that the
neurons are oscillators
- William Bechtel (2013)Et crsquoest ce qui va permettre agrave de
nombreux neurones drsquoavoir une
activiteacute spontaneacutee
dont le rythme et la signature varie
mais qui peuvent faire des bouffeacutees
rythmiques par exemple
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Na
K
Exemple
les centres respiratoires
du tronc ceacutereacutebral
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes
- par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque
de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Thalamus presque tous les neurones
Cortex non
Cortex enthorinal
(pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
On peut alors distinguer des
laquo pacemaker cells raquo (ex thalamus)
et des laquo follower cells raquo (ex cortex)
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Le cerveau ne repreacutesente environ que
2 du poids du corps humain
Pourtant il mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene
de notre organisme
Pourquoi
les neurones (et aussi dans drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques) Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Dans le cerveau le pourcentage du
ldquobudgetrdquo eacutenergeacutetique cellulaire attribueacute
agrave la pompe sodium potassium
avoisine les 50
Lrsquoactiviteacute spontaneacutee
neacutecessite de
recreacuteer
constamment les
gradients ioniques
avec la laquo pompe raquo
sodium potassium
qui a besoin
drsquoeacutenergie pour
fonctionner
httpencitizendiumorgwikiNaK-ATPase
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
-Si seulement 10 nrsquoest utiliseacute
agrave 50 drsquoutilisation il prendrait 100 de lrsquoeacutenergie
consommeacuteehellip oups Veacuterifier
pour
pompe
NaK
comme
ce qui
prend le
plus
drsquoeacutenergie
hellip
Comme le cerveau mobilise en permanence
environ 20 du sang et de loxygegravene de notre
organisme
si seulement 10 de notre cerveau nrsquoeacutetait utiliseacute
en montant agrave 50 drsquoutilisation
il prendrait deacutejagrave 100 de lrsquoeacutenergie consommeacuteehellip
Oups
httpsfrwikipediaorgwikiMythe_de_lutilisation_incomplC3A8te_du_cerveau
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
The Endogenously
Active Brain
The Need for an Alternative
Cognitive Architecture
William Bechtel
Philosophia Scientiaelig 2013
2 (17-2) httpmechanismucsdeduresearchbechtelThe20
Endogenously20Active20Brainpdf
Boutade
mneacutemotechnique
laquo Il pleut tout
le temps
dans notre
cerveau raquo
Recent advances in theoretical
neuroscience have produced a
paradigm shift in cognitive
neuroscience
This shift is away from the brain
as a passive filter of sensations
or an elaborate stimulus-
response link
towards a view of the brain as
an organ that generates
hypotheses or fantasies
(fantastic from Greek
phantastikos the ability to create
mental images) which are
tested against sensory
evidence
Active inference communication and hermeneuticsKarl J Friston and Christopher D Frith (2015)
Le laquo cerveau
preacutedictif raquo
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
[ Petite parenthegravese
sur lrsquoapproche preacutedictive ]Processus dynamiques
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
Perception et action devant
des situations en temps reacuteel
gracircce agrave des coalitions
neuronales synchroniseacutees
temporairement
httpswwwgooglecaurlsa=tamprct=jampq=ampesrc=sampsource=web
ampcd=1ampcad=rjaampuact=8ampved=0ahUKEwj2-
qKdxKjPAhWq44MKHXv_B0gQFggeMAAampurl=http3A2F
2Fwwwfilionuclacuk2F~karl2FEmbodied2520Inferenc
epdfampusg=AFQjCNE0xlOn0Ij9QqqCZxGBL-
knBCTAbgampsig2=BJcHTA84nC5G0YA13AHShA
Eacutevolution biologique
qui faccedilonne les plans
geacuteneacuteraux du systegraveme
nerveux n
Lrsquoapprentissage
durant toute la vie
par la plasticiteacute des
reacuteseaux de neurones
Perception et action
Processus dynamiques
Pour lrsquoapproche preacutedictive
passer drsquoun modegravele agrave un autre
parmi tous ceux agrave notre disposition
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier ameacuteliorer les modegraveles existants
Pour lrsquoapproche preacutedictive
modifier la forme du corps consideacutereacutee comme
un laquo modegravele raquo de son environnement
Deacuteveloppement
du systegraveme nerveux
(incluant des meacutecanismes
eacutepigeacuteneacutetiques)
[ Fermer la parenthegravese ]
ldquoIf therersquos input to the nervous
system fine It will react to it
But the nervous system is
primarily a device for
generating action
spontaneously Itrsquos an
ongoing affair
The biggest mistake that
people make is in thinking of it
as an input-output devicerdquo
Activiteacute laquo Bottom up raquo
~ Graham Hoyle quoted in William Calvinrsquos The Cerebral Symphony (p 214)
Autrement dit
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans
les reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Ce laquo input-output device raquo a une longue histoire qui remonte
au vieux scheacutema carteacutesien laquo perception esprit action raquo
Mais comme lrsquoesprit nrsquoa plus la cote depuis le behaviorisme
crsquoest la laquo cognition raquo qui lrsquoa remplaceacute mais avec le mecircme scheacutema lineacuteaire
(Source de cette diapo
httpwwwslidesharenetBrainMolecul
eMarketinguqam2012-cisek )
Sauf que dans un systegraveme complexe comme le cerveauhellip
Depuis la physique de Newton
et mecircme avant on peut
expliquer beaucoup de
pheacutenomegravenes en terme de
causaliteacute lineacuteaire
Les interaction et les
connexions se font dans
toutes les directions
Ces connexions souvent
reacuteciproques donnent lieu
agrave des relations causales
non lineacuteaires
Voici un scheacutema classique des voies visuelles dans le cerveau humain
Il suggegravere que ce qui est capteacute par nos yeux est transmis de faccedilon lineacuteaire
au cortex visuel en faisant au passage des connexion aux neurones
du corps genouilleacute lateacuteral qui est vu ici comme un relais vers le cortex
Exemple 1
Mais certains comme Francisco
Varela ont rappeleacute que 80 de ce
que capte toute cellule du CGL ne
vient pas de la reacutetine mais de
lrsquointerconnectiviteacute dense drsquoautres
reacutegions du cerveau
On peut aussi constater qursquoil existe
plus de fibres reliant le cortex au CGL
qursquoil nrsquoy en a dans le sens inverse
Consideacuterer les voies visuelles comme
constituant un dispositif de traitement
seacutequentiel des yeux vers le cortex
srsquoavegravere complegravetement arbitraire
On a la mecircme repreacutesentation
mais plus scheacutematique ici
Crsquoest la mecircme chose
Si lrsquoon regarde maintenant entre V1 et V2hellip
Et si lrsquoon regarde
agrave un niveau
supeacuterieur en
incluant tout le
cerveau on
observe
eacutegalement un
haut degreacute de
reacuteciprociteacute dans
le traitement
visuel
Et crsquoest aussi le cas dans le systegraveme auditif par exemplehellip
Dans cet article au titre intriguant publieacute le 20 mai 2015
Pourquoi entend-on des sons dans le silence httpbigbrowserbloglemondefr20150520pourquoi-entend-on-des-sons-dans-le-silence
On parle des chambre aneacutechoiumlques ces piegraveces
agrave linsonorisation tregraves pousseacutee isoleacutee des bruits
exteacuterieurs et dont les parois couvertes de blocs
de mousse aux angles briseacutes empecircchent les
sons produits par deacuteventuels occupants de
rebondir
Apregraves un certain temps dans de telles chambres on peut y
entendre son propre corps On peut percevoir le sang qui
bat dans ses vaisseaux et monte agrave la tecircte lair qui passe
dans ses poumons le battement de son cœur et le
gargouillement du systegraveme digestif le bruit de
ses articulations en mouvement
Tout le monde ne reacuteagit pas de la mecircme
faccedilon dans ces chambres mais au bout de
quelques minutes plusieurs ont des
hallucinations auditives
Par exemple une personne croyait
entendre une nueacutee dabeilles Puis elle avait
lrsquoimpression de percevoir le sifflement du
vent dans des arbres ou la siregravene dune
ambulance Ces sons apparaissaient puis
disparaissaient Au bout de 45 minutes elle
distinguait les paroles dune chanson comme
si elle eacutetait joueacutee sur la sono dune maison
voisine
Alors que des micros hypersensibles dans la piegravece pouvait attester
qursquoil nrsquoy avait aucun de ces sons
Lrsquoexplication donneacutee agrave ce
pheacutenomegravene par Trevor Cox
professeur dingeacutenierie
acoustique agrave luniversiteacute de
Salford est pertinente
pour nous ici
Pendant longtemps on a
consideacutereacute que le son entrait
simplement dans loreille pour
monter vers le cerveau Et
bien il y a en reacutealiteacute plus de
connexions qui se
produisent du cerveau vers
loreille que linverse
De telles impulsions
permettent au cerveau de
moduler laudition pour
sadapter agrave son
environnement Mais cest
eacutegalement cette relation qui
provoque les hallucinations
auditives
Et lrsquoen retrouve encore une fois
ces voies reacuteciproques partout
dans le systegraveme auditif
ldquoThe brain is decidedly not a primarily
feed-forward systemrdquo
- Michael Anderson
Precis of After Phrenology
Et les organismes ne sont pas des
reacutecepteurs passifs de stimulations
environnementales
En fait ces patterns changeants de
lrsquoactiviteacute endogegravene vont influencer
constamment les activations
induites par le monde exteacuterieur
comme on va le voir dans un instanthellip
Il nrsquoy a donc jamais de laquo temps 0 raquo dans le cerveau
car il est toujours en train de laquo faire quelque chose raquohellip
[ je vais expliquer cette
animation dans un instanthellip]
ldquoCe que lrsquoon considegravere geacuteneacuteralement comme des fonctions ceacutereacutebrales
ndash voir penser deacutecider agir ndash sont en reacutealiteacute des perturbations
(ldquodisturbancerdquo) des alteacuteration [de lrsquoactiviteacute intrinsegraveque du cerveau]
[traduction libre]
- Michael L Anderson
The Dynamic Brain (2011)
What your brain is doing when youre not doing anything
httpswwwpsychologytodaycomblogafter-phrenology201102the-dynamic-brain
laquo Une perturbation est un stimulus (indiffeacuterent)
qui est interpreacuteteacute par un ecirctre vivant
par rapport agrave sa structure interne raquo
[traduction libre]
- H Maturana et F Varela laquo Autopoiesis the organization of the living raquo 1980
laquo [on arrive agrave] un moment inteacuteressant en neuroscience ougrave la conception reacuteflexe
des fonctions ceacutereacutebrales [hellip] commence agrave ceacuteder le pas agrave une conception
ougrave les inputs sensoriels modulent au lieu de dicter
les fonctions ceacutereacutebrales raquo
[traduction libre]
- Rodolfo R Llinaacutes
Intrinsic electrical properties of
mammalian neurons and CNS function
a historical perspectivehttpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4219458
Front Cell Neurosci 2014 8 320
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Enregistrer cette activiteacute
eacutelectrique du cerveau
pose de grands deacutefis
Et comme les neurones
sont petits extrecircmement
nombreux et qursquoil y a
diffeacuterents types drsquoactiviteacute
eacutelectrique sur les
dendrite le corps
cellulaire et lrsquoaxone
interpreacuteter ce qursquoon
enregistre pose des
deacutefis encore plus
grands
Front Neurosci 2008
Feature selectivity of the
gamma-band of the local field
potential in primate primary
visual cortex Philipp Berens12 Georgios A Keliris1 Alexander
S Ecker12 Nikos K Logothetis13 and Andreas
S Tolias1245
httpjournalfrontiersinorgarticle103389neuro
010372008full
|httpdxdoiorg103389neuro010372008
Enregistrement extracellulaire
avec une micro-eacutelectrode
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Une eacutelectrode extracellulaire placeacutee dans le cerveau mesure lrsquoactiviteacute eacutelectrique
geacuteneacutereacutee par diffeacuterents pheacutenomegravenes eacutelectrochimiques dans un ensemble de
neurones autour de la pointe de lrsquoeacutelectrode
Par exemple les plus hautes freacutequences du signal (600 agrave 3 000 Hz)
correspondraient aux potentiels drsquoaction de quelques milliers de neurones situeacutes
dans un rayon de 140 agrave 300 μm Cette activiteacute ldquomulti-unit (MU)rdquo est donc consideacutereacutee
comme lrsquooutput drsquoune population locale de neurones
Agrave lrsquoopposeacute les plus basses freacutequences (lt200 Hz)
seraient un reflet des inputs arrivant sur les
dendrites des neurones avoisinants la pointe de
lrsquoeacutelectrode
La somme de ces courants dendritiques
deacutepolarisants et hyperpolarisants est appeleacute
en anglais les ldquolocal field potentials (LFP)rdquo
Ce qursquoon peut aussi dire de maniegravere geacuteneacuterale crsquoest que les LFPs ont des
signature de freacutequence distinctes selon les reacutegions ceacutereacutebrales
Exemples
Dans lrsquohippocampe forts rythme thecircta (entre 4 et 10 Hz) consideacutereacutes
comme essentiels au codage temporel de lrsquoinformation et agrave la plasticiteacute dans
ces circuits ainsi que pour les interactions hippocampe - cortex
Dans les reacutegions sensori-motrice du cortex oscillations prononceacutees
entre 15 et 30 Hz relieacutees agrave la planification et agrave la preacuteparation motrice
Dans le cortex visuel primaire des oscillations rapides dans la bande
gamma entre 30 et 90 Hz dominent durant une stimulation visuelle
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont
aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences
en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Communication between Brain Areas Based on Nested Oscillations
Mathilde Bonnefond Sabine Kastner and Ole Jensen
eNeuro 10 March 2017 4 (2)httpwwweneuroorgcontent42ENEURO0153-162017
Abstract
Deacutecouvrir comment diffeacuterentes reacutegions ceacutereacutebrales communiquent entre elles est
crucial pour comprendre comment le cerveau traite les informations externes et
internes Les oscillations neuronales agrave lrsquointeacuterieur et entre les reacutegions du cerveau
joueraient un rocircle crucial dans ce processus []
Nous discutons drsquoune theacuteorie dans laquelle la communication entre deux reacutegions est
eacutetablie par la synchronisation de phase drsquooscillations agrave basses freacutequences (lt25 Hz)
qui servent de cadre de reacutefeacuterence temporel pour linformation transporteacute par lactiviteacute
haute freacutequence (gt 40 Hz)
Notre approche en accord avec de nombreuses deacutecouvertes empiriques
reacutecentes postule que les interactions entre freacutequences sont essentielles
pour comprendre le fonctionnement
des reacuteseaux cognitifs et perceptuels
agrave grande eacutechelle
Drsquoougrave viennent toutes ces oscillations
Na
K
On a vu qursquoune premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes eacutetait par les
proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone
(laquo endogenous bursting cells raquo)
Des rythmes peuvent aussi ecirctre
geacuteneacutereacutes par les proprieacuteteacutes du reacuteseau
crsquoest-agrave-dire par des boucles
(excitation-inhibition
ou inhibition-inhibition)
Lrsquoeacutequilibre entre lrsquoactiviteacute de neurones utilisant des neurotransmetteurs
excitateurs et inhibiteurs est donc primordial pour nos fonctions
cognitives car il permet de geacuteneacuterer des patterns drsquoactiviteacute complexes
Les deux neurotransmetteurs
qui font en quelque sorte le
ldquotravail de baserdquo dans le
cerveau sont le glutamate
(excitateur) et le GABA
(inhibiteur)
Excitation and Inhibition The Yin and Yang of the Brainhttpknowingneuronscom20170125excitation-
inhibitionct=t(RSS_EMAIL_CAMPAIGN)
Un cerveau qui
serait entiegraverement
domineacute par le
glutamate serait
seulement
capable de
srsquoexciter et de
produire des
rafales reacutepeacuteteacutees
drsquoactiviteacute comme
lors drsquoune crise
drsquoeacutepilepsie
Agrave lrsquoopposeacute un
cerveau qui serait
entiegraverement domineacute
par le GABA serait
extrecircmement
silencieux donc
avec tregraves peu de
synchronisation
drsquoactiviteacute possible
(neacutecessaire pour
une communication
ceacutereacutebrale adeacutequate)
Une eacutetude monitorant lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale de
sujets pendant 25 minutes dans une chambre
aneacutechoiumlques a deacutemontreacute que ceux qui
rapportaient le plus drsquohallucinations auditives
eacutetaient ceux qui avaient le moins drsquoactiviteacute
inhibitrice dans lrsquoensemble de leur cerveau
On pense qursquoune inhibition plus faible rendrait
plus probable lrsquoincorporation de signaux externes
dans des images mentales qui peuvent alors
prendre une signification
You are hallucinating right now to make sense
of the world httpwwwproxywhorecominvboardindexphptopic331678-you-are-
hallucinating-right-now-to-make-sense-of-the-world
[New Scientist 2 November 2016]
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Chaos Meaning and Rabbits
Remembering Walter J Freeman III
15 June 2016Joel Frohlichhttpknowingneuronscom20160615chaos-meaning-rabbits
Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens agrave un
stimulus Freeman a entraicircneacute des lapins agrave reacutepondre agrave des odeurs penant
qursquoil enregistrait les patterns drsquoactiviteacute eacutelectrique dans le bulbe olfactif
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Parce que la distribution spatiale des patterns
drsquoactiviteacute eacutelectrique eacutetait importante pour la
perception des odeurs Freeman a eacuteteacute lrsquoun des
premiers agrave reacutealiser que la perception requiert la
ldquomass actionrdquo de milliers ou de millions de
neurones
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
Quand il a commenceacute sa carriegravere
dans les anneacutees 1960 les gens
srsquointeacuteressaient soit agrave lrsquoactiviteacute
globale du cerveau avec lrsquoEEG
soit aux potentiels drsquoaction
de neurones isoleacutes
Freeman va faire le pont
entre ces deux extrecircme
en eacutetudiant le cerveau agrave
lrsquoeacutechelle meacutesoscopique
avec de multiples
petites eacutelectrodes
Pour comprendre la
dynamique complexe
observeacutee dans le bulbe
olfactif Freeman fonde
la ldquoneurodynamicsrdquo
un nouveau champ drsquoeacutetude
des neurosciences
computationnelles qui va
faire appel agrave la physique du
chaos et les matheacutematiques
non lineacuteaires pour eacutetudier le
cerveau
Quelques mots sur la physique du chaoshellip
Freemans Nonlinear Brain Dynamics and Consciousnesshttpwwwingentaconnectcomcontentimpjcs
201800000025f0020001art00007
Journal of Consciousness Studies
Volume 25 Numbers 1-2 2018
Freemans Nonlinear Walter Freemans theory of nonlinear
neurodynamics has had a major impact on brain dynamics in
modern cognitive neuroscience [hellip]
Video Chaos Theory
httpswwwyoutubecomwatchv=eJAs9Qr359o
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Jusquau milieu du XXe siegravecle on distinguait deux types de pheacutenomegravenes
naturels les pheacutenomegravenes aleacuteatoires qui sont par conseacutequent impreacutevisibles
et les pheacutenomegravenes obeacuteissant agrave une loi deacuteterministe qui de ce fait sont
preacutevisibles Autrement dit connaissant leurs conditions initiales on pouvait
preacutedire leur comportement futur
Or on srsquoest aperccedilu que certains systegravemes deacuteterministes eacutetaient constitueacutes
dun tregraves grand nombre dentiteacutes en interaction locale et simultaneacutee
ce qui empecircchait lobservateur de preacutevoir son comportement ou son
eacutevolution par le calcul lineacuteaire
Dans ce type de systegraveme une leacutegegravere modification des conditions initiales de
lrsquoeacutetat du systegraveme deacutecrit pourtant par des lois deacuteterministes peut suffire agrave
rendre impreacutevisible son comportement On dit de ces systegravemes sensibles
aux conditions initiales quils sont chaotiques
laquo Lrsquoeffet
papillon raquo
Les grandeurs qui deacutefinissent ces systegravemes chaotiques loin de varier dans
le temps de maniegravere absolument aleacuteatoire et illimiteacutee apparaissent
confineacutees ou si lrsquoon veut laquotenues en laisseraquo par un eacuteleacutement dordre appeleacute
laquoattracteur eacutetrangeraquo
Attention quand les
neurobiologistes parlent
drsquooscillations ceacutereacutebrales on
peut ecirctre porteacute agrave croire qursquoil
srsquoagit drsquoondes sinusoiumldales
parfaites (ce qui nrsquoest pas le
cas eacutevidemment)
Une telle onde sinusoiumldale
deacutecoule drsquoun cercle parfait
comme le deacutemontre lrsquoexemple
ci-dessous ougrave lrsquoon observe
lrsquoeacutevolution cyclique drsquoun
pendule selon sa position et
sa veacutelociteacute
On appelle ce genre de graphe
un ldquophase portraitrdquo qui deacutecrit
un attracteur ici toujours lrsquoorbite
du cercle
Si lrsquoon ajoute maintenant simplement un second pendule au premier sa
trajectoire est beaucoup plus complexe Mecircme si elle reacutepond toujours agrave
de simples eacutequations son comportement lui est difficile agrave preacutedire
Crsquoest un exemple de chaos deacuteterministe
Si lrsquoon regarde le ldquophase
portraitrdquo correspondant on voit
que les lignes ne passent jamais
au mecircme endroit tout en traccedilant
un pattern reconnaissable
Il srsquoagit donc drsquoun attracteur
eacutetrange
Et contrairement au pendule
simple le double pendule va
deacutemontrer diffeacuterents
comportements selon lrsquoendroit
ougrave on commence agrave le faire
osciller une proprieacuteteacute du chaos
deacuteterministe
De la mecircme maniegravere et crsquoest ce que Freeman a deacutemontreacute on peut faire un
ldquophase portraitrdquo pour visualiser lrsquoactiviteacute simultaneacutee de deux enregistrements
eacutelectrophysiologiques
Des odeurs apprises peuvent donc faire
basculer le systegraveme drsquoun attracteur agrave un autre
En faisant cela Freeman a deacutecouvert
qursquoen lrsquoabsence drsquoune odeur familliegravere
le systegraveme olfactif du lapin se comporte
selon un attracteur chaotique
(et donc pas du tout comme une
oscillations sinusoiumldale parfaite)
Si lrsquoon preacutesente une odeur familiegravere agrave
lrsquoanimal le ldquophase portraitrdquo devient plus
ordonneacute un peu comme lrsquoorbite du
pendule simple
Derriegravere ce qui ne semble ecirctre que du laquo bruit raquo
ces fluctuations chaotiques reacutevegravelent des reacutegulariteacutes et des proprieacuteteacutes
comme par exemple une capaciteacute de changements rapides et eacutetendus
qui sont compatibles avec celles de la penseacutee humaine
Pour employer un
langage plus reacutecent
ldquoThis metastable
attunement
rapid and flexible
switching
relevant action
possibilitiesrdquo
(Bruineberg et Rietveld
2014
(Kelso 2012
Pour lui notre expeacuterience du monde reacuteside au niveau de ces patterns
alors que les proprieacuteteacutes physiques brutes des stimuli
sont rapidement eacutecarteacutees par le cerveau
Car pour Freeman ce sont ces
patterns (au niveau meso)
qui constituent la signification
construite par le cerveau
agrave partir des stimuli
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Potentiels drsquoaction
niveau laquo micro raquo
EEG
niveau laquo macro raquo
ldquoLocal field
potentialsrdquo
niveau laquo meso raquo
httpknowingneuronscom20160518brain-waves
LrsquoEEG fournit une mesure
encore plus geacuteneacuterale de
lrsquoactiviteacute des populations de
neurones corticaux
(une sommation de
nombrueux LFPs)
LrsquoEEG capte donc toujours lrsquoactiviteacute synchrone de populations entiegraveres
de milliers ou de millions de neurones
Comme le voltage diminue avec le carreacute de la distance lrsquoactiviteacute dans les
structures sous-corticales est plus difficile agrave deacutetecter
- Premier enregistrement drsquoun EEG
chez lrsquohumain Hans Berger en 1924
Dans les anneacutees 1970 deacuteveloppement
permettant de relier lrsquoactiviteacute corticale de
lrsquoEEG avec la preacutesentation drsquoun stimulus
(potentiels eacutevoqueacutes)
Exemple Kutas et Hillyard trouve en 1980
que lorsque le dernier mot drsquoune phrase est
anormal lrsquoEEG montre une deacuteflexion
neacutegative environ 400 millisecondes apregraves
Lrsquoeacutelectroenceacutephalographie (EEG) est donc une technique non invasive
pour enregistrer lrsquoactiviteacute du cerveau
Mesure directe de cette
activiteacute eacutelectrique
contrairement agrave lrsquoimagerie
ceacutereacutebrale
Traditionnellement peu
drsquoinfo sur la localisation
spatiale de lrsquoactiviteacute
mais bonne reacutesolution
temporelle (milisecondes)
Les oscillations recueillies dont la freacutequence va de lt 1 Hz agrave gt 100 Hz
correspond agrave lrsquoactiviteacute globale des neurones du cerveau en temps reacuteel
(compareacute agrave lrsquoIRMf ougrave il nrsquoy a qursquoun scan total du cerveau par seconde )
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 30 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
- Utilisation freacutequente en
neurologie deacutetection de
foyers eacutepileptiques
- Aussi diagnostic de coma
de mort ceacutereacutebrale
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Eacutetude sur le sommeil (que nous aborderons dans la 2e heure)
Alors que lrsquoEEG enregistre lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau agrave lrsquoaide drsquoeacutelectrodes
appliqueacutees sur le scalp la MEG mesure le champ magneacutetique associeacute agrave ce
courant eacutelectrique gracircce agrave des deacutetecteurs sensibles aux champs magneacutetiques
aligneacutes sur le cracircne
Autre technique assez proche
la magneacutetoenceacutephalographie (MEG)
httpi2bmceafrdsvi2bmPagesI2BMImagerie-medicaleaspx
Les squids (magneacutetomegravetres)
sont des capteurs extrecircmement
sensibles refroidis agrave lheacutelium liquide
(-260degC)
Lavantage de mesurer les champs
magneacutetiques cest quils passent agrave travers
le cracircne et autres tissus sans distorsion
(contrairement agrave lEEG ougrave le signal est
plus brouilleacute)
Le taux deacutechantillonnage temporel de la
MEG est eacuteleveacute ndash eg 1000 eacutechantillons par
seconde (hertz Hz) ou plus
La MEG a aussi une reacutesolution spatiales
assez fines (de lrsquoordre de quelques
millimegravetres)
La MEG est aussi la plus sucircre des diverses technologies dimagerie
ceacutereacutebrale parce que le systegraveme ne deacutepose aucune eacutenergie dans le
cerveau La machine ne touche mecircme pas la tecircte
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de
la synchronisation des rythmes
ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
Il fut un temps pas si lointain dans
lrsquohistoire des neurosciences ougrave le
caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces
oscillations associeacute agrave du bruit de fond
eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un
eacutepipheacutenomegravene sans importance
Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue
En effet la dimension temporelle de
lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces
rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au
cœur des travaux dans des champs de
recherche complexes comme le sommeil
ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work
httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Crsquoest ainsi qursquoon a pu identifier dans le systegraveme nerveux somatogastrique du
homard un circuit nerveux reliant une trentaine de neurones capable de geacuteneacuterer
deux rythmes drsquoactiviteacute diffeacuterents et intrinsegraveques agrave ce circuit
Captivating Rhythmhttpwwwbrainfactsorgbrain-basicsneural-network-functionarticles2009captivating-rhythm
Il faut drsquoabord noter que lrsquoon observe de
nombreux rythmes drsquoactiviteacute dans les
systegravemes nerveux autres que chez
lrsquohumain en particulier
chez les inverteacutebreacutes
2013Scaling Brain Size
Keeping Timing
Evolutionary
Preservation
of Brain Rhythms
Gyoumlrgy Buzsaacuteki Nikos
Logothetis and Wolf
Singer
Neuron Volume 80 Issue
3 751-764
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation
(activiteacute simultaneacutee)
sont des pheacutenomegravenes
diffeacuterents mais souvent
lieacutees
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser
une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy
Buzsaacuteki
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme
rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un
grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme
phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres
qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Brain Science Podcast 31 Brain Rhythms with Gyoumlrgy Buzsaacutekihttpbrainsciencepodcastcombspbrain-science-podcast-31-brain-rhythms-with-gyorgy-buzsakihtml
Lien oscillation - synchronisation
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que
lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part
lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser
diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception
proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes
dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave
la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander
comment les caracteacuteristiques
drsquoun mecircme objet sont-elles
mises ensemble pour former la
perception consciente et
distincte que lrsquoon a de chacun
des deux objets sans en
meacutelanger les caracteacuteristiques
Voilagrave qui pose problegraveme de
liaison ou selon lrsquoexpression
anglaise consacreacutee un
laquobinding problemraquo
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Car la synchronisation des oscillations rend possible la formation
drsquoassembleacutees de neurones transitoires
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales
mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
La synchronisation drsquoactiviteacutes
oscillatoires permettrait ainsi
de mettre en relation
agrave un instant donneacute
diverses assembleacutees de neurones
correspondant agrave diverses
proprieacuteteacutes drsquoun objet
pour nous en donner une
perception consciente unifieacutee
par exemple
Glass brain flythrough ndashGazzaleylab SCCN Neuroscapelab
httpswwwyoutubecomwatchv=dAIQeTeMJ-I
Lundi 20 octobre 2014
Cerveau dynamique en 3D
splendide mais flou explicatifhttpwwwblog-lecerveauorgblog20141020cerveau-
dynamique-en-3d-beaute-et-flou-explicatif
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
Plusieurs techniques
combineacutees chez le mecircme
individu
- IRMf pour geacuteneacuterer le
modegravele 3D de son cerveau
- imagerie de diffusion
pour reconstruire ses
grandes voies nerveuses
- drsquoautres techniques
complexes pour appliquer
aux bons endroits sur ce
modegravele anatomique les
flux drsquoactiviteacute nerveuse
capteacutes avec un
eacutelectroenceacutephalographe
(EEG)
les diffeacuterentes freacutequences drsquooscillation
neuronales capteacutees par lrsquoEEG seraient
transposeacutee en diffeacuterentes couleurs qui
apparaissent de maniegravere eacutevanescente
les pulses de lumiegravere qui se propagent le long
des fibres nerveuses doreacutees correspondraient
agrave lrsquoimportance du transfert drsquoinformation le long
de ces grandes autoroutes neuronales
Mais
il nrsquoy a pas de leacutegende accompagnant lrsquoanimation pour y faire la
moindre correspondance
On aurait aussi demandeacute aux sujets drsquoouvrir et de fermer leurs
yeux ou leurs mains durant lrsquoenregistrement mais aucun repegravere
temporel nous permettent drsquoidentifier ces instants
Et surtout pas de publication scientifique revue par les pairs ou
de manuscrit soumis qui soit associeacute agrave ce travail
Exemple de ce que de
nombreux laboratoires en
sciences cognitives se
sentent obligeacutes de faire
sortir rapidement des
images spectaculaires
qui font parler drsquoeux agrave
deacutefaut drsquoavoir toutes les
preacutecisions rigoureuses
disponibles avec elles
Les oscillations apportent donc beaucoup
drsquoautres possibiliteacute computationnelles
par rapport aux approches non temporelles baseacutee sur
les taux de deacutecharge des potentiels drsquoactions dans diffeacuterentes
structures organiseacutees de faccedilon hieacuterarchique pour les traiter
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent
agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception
subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus
preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets
auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un
moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du
cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
Rocircles fonctionnels possibles des oscillations
- lier diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoun mecircme objet
(ldquobinding problemrdquo)
- controcircler le flux drsquoinformation dans certaines
reacutegions
- creacuteer des fenecirctres temporelles ougrave certains
pheacutenomegravenes sensible agrave la synchronisation
drsquoactiviteacute (comme la PLT avec son reacutecepteur
NMDA aux proprieacuteteacutes si particuliegraveres) peuvent
se produire (par sommation temporelle etc)
- et drsquoautre ougrave ils ne peuvent pas
Eacutegalement si le potentiel de membrane drsquoun neurone oscille il y aura des
moments ougrave crsquoest plus facile pour lui drsquoatteindre le seuil de deacuteclenchement drsquoun
potentiel drsquoaction (deacutepolarisation) et drsquoautres moins (hyperpolarisation)
favorisant par exemple certaines perceptions
laquo Si lrsquoactiviteacute dans cette aire [fusiforme de reconnaissance des visages]
fait un grand pic les participants rapportent voir un visage (courbe rouge)
Si le pic drsquoactiviteacute est plus petit ils rapportent voir le vase (courbe bleue)
Lrsquoovale jaune et hachureacute dans la figure 3C met en valeur lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale
spontaneacutee juste avant que lrsquoimage ne soit preacutesenteacutee Eacutetonnamment lrsquoactiviteacute
ceacutereacutebrale qui preacutecegravede lrsquoimage deacutetermine quelle figure (visage ou vase) la
personne reconnaitra quand elle regardera lrsquoimage
En effet comme les ondes sur le lac lrsquoactiviteacute spontaneacutee est toujours en train
de croicirctre ou deacutecroicirctre leacutegegraverement dans toutes les reacutegions ceacutereacutebrales
Si elle est leacutegegraverement plus eacuteleveacutee dans la reacutegion des visages au moment ougrave
lrsquoimage est preacutesenteacutee elle va biaiser la perception de cette image ambigueuml dans
le sens des visages raquo httpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
laquo aider agrave passer le seuil de perception raquo
au niveau auditif maintenanthellip
laquo La courbe de la figure 4B illustre lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale du cortex auditif durant
180 secondes Curieusement il y a beaucoup de hauts et de bas dans cette
courbe Cela est ducirc agrave lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale spontaneacutee
Les hauts-parleurs et les flegraveches marquent lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale au moment ougrave le
son est preacutesenteacute
La figure 4C compare lrsquoactiviteacute du cortex auditif en reacuteponse aux sons quand les
participants ont deacutetecteacute le son (courbe rouge) et quand ils ne lrsquoont pas entendu
(courbe bleue)
Bien eacutevidemment quand le cortex auditif reacutepond avec un grand pic drsquoactiviteacute le
son est entendu mais regardez bien le niveau drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale avant que le
son ne soit joueacute (ovale jaune hachureacute) Elle est plus eacuteleveacutee quand la personne
entend le son
Lagrave encore cette activiteacute preacuteceacutedente va aider lrsquoactiviteacute neurale engendreacutee par le
son agrave passer le seuil de perception raquohttpmoncerveaualecolecomcerveau-sarrete-jamais
The Rhythm of Perception
Entrainment to Acoustic Rhythms Induces Subsequent Perceptual Oscillationhttppsssagepubcomcontentearly201505110956797615576533abstract
Gregory Hickok Haleh Farahbod Kourosh Saberi
February 17 2015
Ici on induit un rythme oscillatoire dans lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale des aires auditives
et lrsquoon observe que la perception auditive est ensuite moduleacutee par ce rythme
laquo They presented listeners with a three-beat-per-second rhythm (a pulsing
ldquowhooshrdquo sound) for only a few seconds and then asked the listeners to
try to detect a faint tone immediately afterward [hellip]
Not only did we find that the ability to detect the tone varied over time
by up to 25 percent mdash thatrsquos a lot mdash
but it did so precisely in sync with the previously heard three-beat-per-second
rhythm raquo
Itrsquos Not a lsquoStreamrsquo of Consciousness
MAY 8 2015 httpwwwnytimescom20150510opinionsundayits-not-a-stream-of-consciousnesshtml
Itrsquos not a stream of consciousness its a rhythm
June 04 2015httpmindblogdericbowndsnet201506its-not-stream-of-consciousness-itshtml
Selon ces autres expeacuteriences ce serait ainsi que nos systegravemes
perceptuels eacutechantillonnent le monde
laquo Les rythmes de lenvironnement tels que ceux de la musique ou de la
parole peuvent initier des oscillations neuronales dans leur tempo
synchronisant alors les rythmes du cerveau avec ceux du monde qui nous
entoure raquo
Pourquoi notre cerveau ferait cela Lrsquoune des explications possibles
serait de faciliter ainsi le focus de notre attention
laquoImaginez un cafeacute bruyant rempli de voix de bruits de plats
assourdissants et de musique de fond Lorsque vous portez attention agrave un
flux acoustique particulier - par exemple la voix de votre compagnon de
deacutejeuner - votre cerveau synchronise son rythme sur celui de la voix et
ameacuteliore la perceptibiliteacute de ce flux tout en supprimant les autres flux qui
ont leurs propres rythmes diffeacuterents raquo
Astrocytes contribute to gamma oscillations
and recognition memoryHosuk Sean Lee et al
Contributed by Stephen F Heinemann June 15 2014 (sent for review March 10 2014)httpwwwpnasorgcontentearly201407231410893111short
ldquoBy creating a transgenic mouse in which vesicular release from astrocytes can be
reversibly blocked we found that astrocytes are necessary for novel object recognition
behavior and to maintain functional gamma oscillations both in vitro and in awake-behaving
animals Our findings reveal an unexpected role for astrocytes in neural information
processing and cognition ldquo
Evan Thompson
laquo Its not all about the neurons astrocytes (a kind of glial cell)
are crucial for the gamma oscillations necessary for recognition memory
This study is also one of the first to show a causal relationship between gamma
oscillations and cognition not just a correlational one raquo
Taking Control of a Ratrsquos Sense of
Familiarity and NoveltyNeuroscience News September 30 2015httpneurosciencenewscomoptogenetics-novelty-familiarity-rat-2779
Brown University brain scientists didnrsquot just study how recognition of
familiarity and novelty arise in the mammalian brain they actually took
control inducing rats to behave as if images theyrsquod seen before were
new and images they had never seen were old
Bidirectional Modulation of Recognition MemoryJonathan W Ho et al
The Journal of Neuroscience 30 September 2015 35(39) 13323-13335httpwwwjneurosciorgcontent353913323
Le cortex peacuterirhinal joue un rocircle bien
eacutetabli dans la reconnaissance drsquoobjets
baseacutee sur leur familiariteacute
Dans le cerveau normal les neurones du
cortex peacuterirhinal reacutepondent agrave la nouveauteacute
en augmentant leur taux de deacutecharge et agrave
la familiariteacute en le diminuant
Les animaux ou les humain ayant subi des
dommages au cortex peacuterirhinal sont
incapable de distinguer des objets familiers
de nouveaux objets lors drsquoune tacircche de
meacutemorisation
FIGURE 1 | Representations of the
hippocampal formation and the
parahippocampal region in the rat brain
httpwwwnaturecomnrnjournalv10n4fig
_tabnrn2614_F1html
Cortex
entorhinal
En utilisant la technique de lrsquooptogeacuteneacutetique lors drsquoune tacircche drsquoexploration
spontaneacutee drsquoun objet on a pu alteacuterer la performance de reconnaissance des
objets par les rats
Normalement les rats explorent plus longtemps les nouvelles images que
celles qui leur sont familiegraveres
Cette eacutetude a deacutemontreacute qursquoon pouvait modifier ce comportement en stimulant
avec de la lumiegravere (gracircce agrave lrsquooptogeacuteneacutetique) les neurones du cortex peacuterirhinal
agrave diffeacuterentes freacutequences pendant que les rats regardaient des images
familiegraveres ou nouvelles
Pendant que les rats regardaient une image
- des stimulations agrave 30-40 Hz leur faisaient consideacuterer une image familiegravere
comme si crsquoeacutetait une nouvelle image en augmentant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 30-40 Hz nrsquoaugmentaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune nouvelle image)
- des stimulations agrave 10-15 Hz leur faisaient consideacuterer une image nouvelle
comme si crsquoeacutetait une image familiegravere en diminuant le temps passeacute agrave la
regarder (et ces stimulations agrave 10-15 Hz nrsquoaffectaient pas leur temps
drsquoexploration drsquoune image familiegravere)
Ces diffeacuterentes freacutequences de stimulation du cortex peacuterirhinal pouvaient donc
alteacuterer la meacutemoire de la reconnaissance visuelle des objets de faccedilon
bidirectionelle
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
This is Gods gift to neurophysiologists
les neurones (et aussi dans
drsquoautres cellules de lrsquoorganisme
comme les cellules cardiaques)
Il y a quatre ans sa structure
globale a eacuteteacute observeacutee
Un meacutelange de
geacuteneacutetique de
virologie
et drsquooptique
permettant drsquoactiver
ou drsquoinactiver
instantaneacutement des
groupes speacutecifiques
de neurones dans
le cerveau
drsquoanimaux vivants
En 2006 une trentaine de
laboratoires commencent agrave utliser une
technique nouvelle lrsquooptogeacuteneacutetique
mises au point par Karl Deisseroth et
Ed Boyden lrsquoanneacutee preacuteceacutedente
On peut utiliser des
promoteurs speacutecifiques
agrave un type cellulaire donneacute
Par exemple pour stimuler
des neurones excitateurs
du noyau subthalamique
drsquoanimaux modegraveles de la
maladie de Parkinson
crsquoest le promoteur
CamKIIa
Et comme on peut faire
srsquoexprimer dans une mecircme
population de neurones
des canaux agrave rhodopsine
excitateurs et inhibiteurs
on peut avec diffeacuterentes
longueurs drsquoonde exciter
ou inhiber sur demande
cette population de
neurones
Comme le dit Gero
Miesenboumlck lrsquoun des artisans
principaux de lrsquooptogeacuteneacutetique
laquo pour briser un code il faut
pouvoir jouer avec nrsquoimporte
quel laquo hacker raquo vous le dira raquo
Et crsquoest exactement ce
qursquoapporte lrsquooptogeacuteneacutetique
la possibiliteacute de laquo jouer avec raquo
lrsquoactiviteacute neuronale agrave une
eacutechelle temporelle
(millisecondes) et spatiale
(populations neuronales
speacutecifiques) encore ineacutegaleacutee
et drsquoen observer lrsquoeffet sur le
comportement
Soon enough this is going to be
standard technology says Philip Sabes
A fait rentrer beaucoup de bouquins de biologie moleacuteculaire
et de virologie dans les labos drsquoeacutelectrophysiologie et occasionne
encore bien des maux de tecircte techniques maishellip
Deux reacutefeacuterences
The Birth of OptogeneticsAn account of the path to realizing tools for controlling brain circuits
with light
By Edward S Boyden | July 1 2011 httpwwwthe-scientistcomarticlesviewarticleNo30756titleThe-Birth-of-Optogenetics
Optogenetics As Good As Electrical StimulationNeuroscience News
December 12 2013Optogenetics had been used in small rodent models Research
reported in Current Biology has shown that optogenetics works
effectively in larger more complex brains
httpneurosciencenewscomoptogenetics-electrical-stimulation-neuroscience-research-
675utm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+neuroscience-rss-feeds-neuroscience-
news+28Neuroscience+News+Updates29
NeuropodSeptember
Sonogeneticsallows
with
Research
et al
News
cells
ultrasound
Cours 5 Des reacuteseaux de milliards de neurones qui oscillent
et se synchronisent dans le temps
A- Des reacuteseaux qui oscillent
agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier B- Eacuteveil sommeil et recircve
Activiteacute ceacutereacutebrale endogegravene
Connexions reacuteciproques dans les
reacuteseaux
Oscillations et activiteacute dynamique
chaotique
Eacutelectroenceacutephalogramme
Rocircles fonctionnels possible de la
synchronisation des rythmes ceacutereacutebraux
Lrsquooptogeacuteneacutetique
EacuteVEIL
SOMMEIL PROFOND REcircVE
On passe environ le tiers de notre vie agrave dormir et agrave recircver
Si on analyse les caracteacuteristiques de ces deux types de sommeil
et de lrsquoeacuteveil on note drsquoimportantes diffeacuterences physiologiques
un peu partout dans lrsquoorganisme
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur - Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
SOMMEIL PROFOND REcircVE
- Quand on est
eacuteveilleacute lrsquoactiviteacute
motrice est
volontaire et
pratiquement
continue
Durant le sommeil
lent elle est
occasionnelle et
involontaire
Et lors du sommeil paradoxal
elle est inexistante (sauf pour
les mouvements oculaires
rapides) En reacutealiteacute les
mouvements sont
commandeacutes par le cerveau
mais sont bloqueacutes et non
reacutealiseacutes drsquoougrave une atonie
musculaire geacuteneacuteraliseacutee
SOMMEIL PROFOND REcircVE
La penseacutee devient
reacutepeacutetitive avec
lrsquoapparition du
sommeil lent
Elle est carreacutement
illogique et eacutetrange
durant les recircves
La penseacutee est plutocirct
logique et eacutevolue
chez lrsquoindividu eacuteveilleacute
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Il est inteacuteressant de noter que le traceacute de lrsquoEEG
est semblable pour lrsquoeacuteveil et le sommeil paradoxal
avec sa faible amplitude et sa freacutequence eacuteleveacutee
- Elles sont eacutegalement
vives durant les recircves
du sommeil paradoxal
mais geacuteneacutereacutees
inteacuterieurement cette
fois-ci
- Durant lrsquoeacuteveil les
sensations sont vives
et proviennent de
lrsquoenvironnement
exteacuterieur
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Crsquoest le contraire pour le sommeil lent qui montre plutocirct
une grande amplitude et un rythme lent
- Quant au sommeil
lent les sensations
sont absentes ou tregraves
atteacutenueacutees
EacuteVEIL I II III IV REM
SOMMEIL PROFOND REcircVE
Sommeil
lent
profond
(III et IV)
Le sommeil lent semble correspondre agrave un eacutetat fait pour le repos
Le meacutetabolisme geacuteneacuteral de lrsquoorganisme diminue tempeacuterature
consommation drsquoeacutenergie freacutequence cardiaque respiration fonction
reacutenale tout cela ralentit conformeacutement agrave la preacutepondeacuterance du systegraveme
parasympathique durant cette phase du sommeil
Les rythmes lents de lrsquoeacutelectroenceacutephalogramme (ou EEG) durant le
sommeil lent indiquent que le cerveau semble eacutegalement au repos
La grande synchronisation
de lrsquoactiviteacute neuronale qursquoon
y observe reacutesultat dune
activiteacute autonome du
thalamus plutocirct que de son
rocircle de laquo relais raquo habituel
va dans le mecircme sens
agrave savoir que la plus grande
partie de lrsquoinformation
sensorielle nrsquoatteint mecircme
pas le cortex durant cette
phase
Lrsquoalternance du sommeil lent
et paradoxal est aussi une
alternance entre un eacutetat
eacuteconome et un eacutetat
eacutenergivore du cerveau
Les neurones corticaux qui
sont activeacutes de faccedilon
synchrone et fonctionnent en
quelque sorte au ralenti durant
le sommeil lent reacuteduisent en
effet dun tiers leur
consommation de glucose et
doxygegravene
En sommeil paradoxal au
contraire les neurones sont
hyperactifs et consomment
autant sinon plus de glucose
et doxygegravene que lorsque nous
sommes eacuteveilleacutes
Eacutetant donneacute que le sommeil
rend les animaux vulneacuterables
il faut que les avantages
adaptatifs qursquoils en retirent
soient non neacutegligeables
Sur le plan eacutenergeacutetique comme
il fait geacuteneacuteralement plus froid la nuit
le meacutetabolisme moins eacuteleveacute et
la tempeacuterature du corps plus
basse que lrsquoon enregistre durant le
sommeil pourrait ecirctre lrsquoun des
avantages du sommeil nocturne
Cest durant le
sommeil profond
quont lieu les
divisions cellulaires
et la production de
lhormone de
croissance dougrave
limportance du
sommeil chez
lenfant
Drsquoautres
hormones
ont aussi
des pics de
seacutecreacutetion
durant la nuit
La laquo regravegle de trois raquo avec Roger Godbout du Laboratoire de recherche sur le
sommeil de lhocircpital Riviegravere-des-Prairies 4 octobre 2015 httpiciradio-canadacaemissionsles_annees_lumiere2015-2016archivesaspnic=1ampdate=2015-10-04
Pourquoi dort-on
Dans les anneacutees lsquo80 et rsquo90 des expeacuteriences chez les animaux ont montreacute que
la privation totale de sommeil entraicircne la mort au bout de 230 agrave 235 heures
(environ 10 jours)
Les animaux priveacutes de sommeil srsquoalimentaient plus mais leur tempeacuterature
baissait ce qui est paradoxal et deacutenote un fort deacuteregraveglement du meacutetabolisme
Tous les animaux ont un cycle de repos (mecircme les abeilles relaxation muscle
du cou)
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Il y aurait pregraves de 10 de plus
drsquoaccidents de la route le lendemain
du jour ougrave on avance lrsquoheure
Chez lrsquohumain on peut aussi observer ce qui se passe quand on ne dort pas
assez ou comme le disent les meacutedecins quand on montre les signes du
syndrome drsquoinsuffisance du sommeil
Crsquoest drsquoabord la vigilance la concentration et la capaciteacute de reacutefleacutechir qui sont
diminueacutees
On observe ensuite un ralentissement des reacuteflexes des troubles de la meacutemoire
de la fatigue musculaire des sautes drsquohumeur voire de lrsquoagressiviteacute et de la
difficulteacute agrave se situer dans le temps ou lespace
Cela peut aller jusqursquoagrave des hallucinations semblables agrave celles qui surviennent
habituellement au moment de sendormir entre recircve et reacutealiteacute Anodines lorsquon
est au lit elles peuvent ecirctre fatales au travail ou au volant En fait le manque de
sommeil serait la cause cacheacutee de la majoriteacute des erreurs humaines qui
provoquent des accidents
Agrave plus long terme plusieurs eacutetudes ont trouveacute une relation entre la quantiteacute et la
qualiteacute du sommeil et plusieurs problegravemes de santeacute chroniques Crsquoest le cas par
exemple de lrsquoobeacutesiteacute du diabegravete ou de lrsquohypertension
Dans ces trois cas le manque de sommeil perturbe des meacutecanismes reacutegulateurs
qui se mettent normalement en branle durant la nuit
Aucun humain ne peut dormir moins de 4 h par nuit (sommeil
laquo incompressible raquo)
Mais il y a des gros dormeurs et des petits dormeur avec une moyenne 7h30 ndash
8h pour la majoriteacute des gens
15 agrave 20 des gens dorment moins de 6 heures
10 des gens plus de 9 heures
Il semble qursquoavec lrsquoentraicircnement on puisse reacuteduire progressivement drsquoune
heure ou deux son temps de sommeil normal sans ressentir trop de fatigue
Crsquoest drsquoailleurs ce qui semble srsquoecirctre passeacute dans les socieacuteteacutes deacuteveloppeacutees
durant le dernier siegravecle les adultes de 1910 dormaient en moyenne 9
heures par nuit alors que celui drsquoaujourdrsquohui se contente de 75 agrave 8 heures
Lrsquoeacuteclairage eacutelectrique qui permet drsquoaugmenter facilement la dureacutee de jours et
la valorisation croissante de valeurs lieacutees agrave la productiviteacute durant ce siegravecle y
sont sans doute pour quelque chose
Dans notre socieacuteteacute obseacutedeacutee par la performance on cite souvent en
exemple Napoleacuteon Louis XIV ou Churchill qui dormaient dit-on que
quelques heures par nuit
Mais curieusement on oublie de parler de tous les autres qui comme
Einstein avait besoin de 10 et parfois mecircme de 12 heures de sommeil
par nuit
Diffeacuterents laquo style de sommeil raquo aussi
on se couche plus ou moins tard et on se legraveve plus ou moins tocirct
Meacutecanismes neuronaux produisant le sommeil
Pourquoi et comment on srsquoendort
Il semble que deux processus doivent se
superposer correctement dans lrsquoorganisme
pour que lrsquoon puisse srsquoendormir
Le premier est un rythme dit laquo circadien raquo
cest-agrave-dire reacutegleacute sur une peacuteriode de 24
heures par notre horloge biologique et qui
orchestre la seacutecreacutetion cyclique de
plusieurs hormones dont la meacutelatonine
impliqueacutee dans le sommeil
Cette laquo horloge centrale raquo est situeacutee dans
les noyaux suprachiasmatiques situeacutes
juste au-dessus du chiasma optique
lrsquoendroit ougrave les deux nerfs optiques se
croisent
Cette position strateacutegique permet aux
noyaux suprachiasmatiques de recevoir
des prolongements du nerf optique qui lui
indique le niveau drsquointensiteacute lumineuse
ambiante
Le deuxiegraveme processus est lrsquoaccumulation de substances
laquo hypnogegravenes raquo durant les 16 heures de la journeacutee
substances qui induisent une envie de dormir ne
disparaissant qursquoavec le sommeil
Lrsquoendormissement ne serait donc possible que lorsque
drsquoune part votre horloge biologique a ameneacute votre
organisme dans une conformation hormonale favorable au
sommeil et drsquoautre part que cela fait un bon moment que
vous nrsquoavez pas dormi
Crsquoest aussi ce qursquoon appelle la dette de sommeil qui
srsquoaccumule durant toute la journeacutee
Et en geacuteneacuteral les deux sont en phase
(mais en voyage le deacutecalage horaire peut les deacutephaser)
Lrsquoun de ces facteurs hypnogegravenes les plus eacutetudieacutes est lrsquoadeacutenosine une
petite moleacutecule qui agit comme neuromodulateur au niveau de tregraves
nombreuses synapses du cerveau
Depuis tregraves longtemps des antagonistes naturels des reacutecepteurs de
lrsquoadeacutenosine sont ingeacutereacutes par lrsquoecirctre humain pour se garder eacuteveilleacute plus
longtemps La cafeacuteine du cafeacute ou la theacuteophylline du theacute qui sont deux
de ces substances sont bien connues pour leur effet stimulant
Crsquoest au deacutebut des anneacutees 1980 que la
raison pour laquelle tant de gens
boivent du cafeacute pour se reacuteveiller devint
eacutevidente la cafeacuteine la substance
psychoactive du cafeacute empecircche
lrsquoadeacutenosine de se fixer sur certains
neurones du cerveau
Cafeacuteine
Plusieurs caracteacuteristiques de lrsquoadeacutenosine en font un candidat ideacuteal
comme facteur hypnogegravene
- sa concentration dans le cerveau est plus eacuteleveacutee durant lrsquoeacuteveil que
durant le sommeil
- elle croicirct durant un eacuteveil prolongeacute
- et lrsquoadministration drsquoadeacutenosine ou de ses agonistes induit la
somnolence
Lrsquoadeacutenosine est un produit de la deacutegradation de lrsquoATP (adeacutenosine
triphosphate) la moleacutecule qui sert de laquo monnaie eacutenergeacutetique raquo agrave nos
diffeacuterentes fonctions cellulaires La production drsquoadeacutenosine reflegravete donc
le niveau drsquoactiviteacute des neurones et des cellules gliales
La forte activiteacute ceacutereacutebrale durant lrsquoeacuteveil entraicircne une forte consommation
drsquoATP et par conseacutequent lrsquoaccumulation drsquoadeacutenosine
Lrsquoaugmentation drsquoadeacutenosine en deacuteclenchant le sommeil lent durant
lequel le cerveau est moins actif amegravene donc celui-ci dans une phase
de reacutecupeacuteration dont il aurait absolument besoin
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs de lrsquoeacuteveil
Ecirctre eacuteveilleacute nrsquoest pas le fruit du travail drsquoun laquo centre de lrsquoeacuteveil raquo dans le
cerveau mais bien le reacutesultat de lrsquoactivation dun reacuteseau complexe et redondant
dune dizaine de groupes de neurones reacutepartis de lrsquohypothalamus au bulbe
rachidien
Ces neurones
communiquent entre eux
gracircce agrave diffeacuterents
neurotransmetteurs mais
ont tous en commun de
diminuer ou drsquoarrecircter
leur activiteacute pendant le
sommeil
Les noyaux meacutesopontins cholinergiques qui se projettent sur le thalamus
Laceacutetylcholine produite par ces noyaux exerce une double action elle diminue
lrsquoactiviteacute du noyau reacuteticulaire thalamique appartenant au systegraveme du sommeil et
elle active les neurones thalamocorticaux impliqueacutes dans lrsquoeacuteveil
(sont aussi actifs
pendant le sommeil
paradoxal)
Les noyaux du locus
coeruleus situeacutes dans la
partie dorsale du pont et dont
les projections
noradreacutenergiques influencent
des structures ceacutereacutebrales
comme le
thalamus lhippocampe et le
cortex
Lrsquoactiviteacute du locus coeruleus
est maximale chez le sujet
eacuteveilleacute et actif reacuteduite durant
un eacuteveil calme encore plus
reacuteduite en sommeil lent et
complegravetement abolie en
sommeil paradoxal
Les noyaux seacuterotoninergiques du rapheacute anteacuterieur (ou supeacuterieur) qui
projettent de la seacuterotonine vers lhypothalamus et le cortex Actifs pendant leacuteveil
lrsquoeffet global des noyaux du rapheacute anteacuterieur est eacuteveillant
La formation reacuteticuleacutee
meacutesenceacutephalique qui se
projette massivement sur
les noyaux thalamiques
qui vont ensuite influencer
tout le cortex Son rocircle en
est un de
deacutesynchronisateur du
cortex au sens large
favorisant lrsquoeacuteveil mais aussi
le sommeil paradoxal
Dans lrsquohypothalamus
posteacuterieur certains
neurones agrave histamine
sont actifs degraves le reacuteveil
mais sont complegravetement
silencieux durant le
sommeil paradoxal
Ces neurones envoient
leurs projections sur
lensemble du cerveau et
notamment sur les
autres neurones de
leacuteveil qursquoils contribuent agrave
activer
Lensemble de ces
structures du tronc
ceacutereacutebral reccediloit des
collateacuterales des
affeacuterences sensorielles
et veacutegeacutetatives qui
participent ainsi au
maintien de leur activiteacute
Cette organisation
redondante explique aussi
pourquoi linactivation dun
seul systegraveme est suivie
apregraves quelques jours
drsquoune reacutecupeacuteration
complegravete de leacuteveil
Aucune des structures
deacutecrites prise isoleacutement
nest donc indispensable agrave
lactivation corticale
Il nrsquoexiste pas un interrupteur laquoon-offraquo
unique de lrsquoeacuteveil ni du sommeil
Les populations neuronales
associeacutees agrave lrsquoeacuteveil au sommeil
lent et au sommeil paradoxal
fonctionnent donc un peu
comme diffeacuterents
interrupteurs
lrsquoune drsquoentre elle entre en
activiteacute quand lrsquoactiviteacute cesse
dans lrsquoautre et vice versa
Leacuteveil est donc la conseacutequence drsquoune
augmentation geacuteneacuterale de lrsquoactiviteacute
du cortex qui produit la
deacutesynchronisation corticale observeacutee lors
de lrsquoeacuteveil
Cette activation neuronale est entretenue
par les stimulations de lenvironnement et
du milieu interne On peut donc dire que
drsquoune part lactivation du reacuteseau de leacuteveil
est entretenue par leacuteveil lui-mecircme
On sait tous qursquoil est possible de se
motiver agrave rester eacuteveilleacute plus que
dhabitude malgreacute la fatigue qui se fait
sentir
Mais drsquoautre part un deuxiegraveme meacutecanisme parallegravele favorise lrsquoeacuteveil
Iinhibition du sommeil
Et les deux types de sommeil lent et paradoxal semblent faire lrsquoobjet
drsquoune inhibition seacutepareacutee par des circuits de lrsquoeacuteveil distincts
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
Neuromodulateurs du sommeil
Le cerveau doit mener une veacuteritable lutte
contre lui-mecircme en deacutesactivant le puissant
systegraveme de vigilance-eacuteveil
Plus preacuteciseacutement crsquoest lrsquoactiviteacute rythmique qui se met alors en place
dans les neurones thalamo-corticaux de la reacutegion intra-laminaire du
thalamus qui provoque cette deacuteconnexion corticale des signaux internes
et externes
tandis que lrsquohypothalamus anteacuterieur inonde progressivement le
cerveau de GABA (acide gamma aminobutyrique) jusqursquoagrave la mise au
silence complet de tous les systegravemes drsquoeacuteveil
Car crsquoest lrsquoensemble de ces
signaux drsquoeacuteveil qui vont cesser de
parvenir au cortex avec
lrsquoavegravenement du sommeil lent
Ils seront interrompus au niveau
du thalamus veacuteritable voie drsquoaccegraves
au cortex qui est grandement
influenceacutee par les systegravemes
neuromodulateurs diffus du tronc
ceacutereacutebral
Le sommeil lent apparaicirct donc
avec la disparition des effets
cholinergiques de lrsquoeacuteveil qui libegravere
les neurones laquo pacemaker raquo du
noyau reacuteticulaire thalamique
Ceux-ci vont alors entraicircner agrave leur
rythme les neurones thalamo-
corticaux qui vont agrave leur tour
induire leurs laquo ondes lentes raquo
dans tout le cortex
Sommeil profond et (perte de) conscience
pendant qursquoils enregistraient lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale eacutevoqueacutee par ce stimulus
par eacutelectroenceacutephalogramme (EEG)
Lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale en sommeil profond est plus locale et
steacutereacuteotypeacutee indiquant possiblement une deacutegradation du dialogue
incessant entre le thalamus et de larges pans du cortex durant lrsquoeacuteveil
En 2010 Giulio Tononi et son eacutequipe ont publieacutee dans la revue Cognitive
Neuroscience une eacutetude ougrave lrsquoon a employeacute la stimulation magneacutetique
transcracircnienne (SMT) dans trois eacutetats suivants
Agrave lrsquoinverse durant le sommeil paradoxal peacuteriode ougrave lrsquoon recircve
donc ougrave lrsquoon a lrsquoimpression drsquoavoir des sensations conscientes et
de vivre plein drsquoaventures la SMT produisait des patterns
drsquoactivation corticaux plus eacutetendu qui eacutetaient similaire agrave ceux
observeacutes agrave lrsquoeacutetat de veille
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150518integration-et-conscience-jamais-deux-sans-trois
une reacuteduction soudaine de la modulariteacute fonctionnelle du cerveau au
profit drsquoune communication neuronale agrave grande eacutechelle dans lrsquoensemble des
circuits ceacutereacutebraux
Cela correspond aussi agrave ce que Douglass
Godwin et son eacutequipe ont observeacute en
analysant la connectiviteacute fonctionnelle du
cerveau de leurs sujets lorsqursquoils disaient
avoir perccedilu consciemment une image qui
leur eacutetait briegravevement preacutesenteacutee
Benali et ses collegravegues ont observeacute avec une technique drsquoimagerie
ceacutereacutebrale mesurant la connectiviteacute fonctionnelle entre diffeacuterentes reacutegions du
cerveau une fragmentation modulaire de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale quand on
srsquoendort en sommeil profond et qursquoon perd ce qursquoon appelle la conscience
Et ils font lrsquohypothegravese que cette reacuteorganisation en de plus en plus
de petites uniteacutes drsquointeacutegration modulaire qui apparaicirct avec le
sommeil profond empecircche le cerveau de faire cette inteacutegration globale
qui semble neacutecessaire agrave la conscience
httpwwwblog-lecerveauorgblog20150511la-dynamique-des-reseaux-complexes-eclaire-la-perte-de-conscience-associee-au-sommeil
Lrsquoespace de travail neuronal une hypothegravese avanceacutee il y a
longtemps sur le plan theacuteorique entre autres par Bernard Baars
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
Drsquoapregraves Dehaene
et al 2006
petites
uniteacutes
drsquointeacutegration
modulaire
(en vert) moins
relieacutees entre
elles (durant le
sommeil
profond)
Les reacutegulations complexes entre eacuteveil et sommeil
La nuit avance et lrsquoon se met agrave recircverhellip
(analyse de
scegravenes visuelles
complexes
durant le
sommeil
paradoxal)
impliqueacute dans la penseacutee consciente et le jugement sa faible activiteacute
pourrait rendre compte des recircves bizarre illogiques
laquo eacutemotions raquo
Variation drsquoactiviteacute ceacutereacutebrale typique durant le REM (versus lrsquoeacuteveil)
bull Activation le cerveau est mis en marche et
gardeacute actif de faccedilon interne par la partie
pontique du tronc ceacutereacutebrale (ce que Jouvet
nomme le laquo pacemaker ponto-bulbaire)
bull Synthegravese le cortex frontal et les reacutegions
sous-cortical responsable de la meacutemoire
interpregravetent lrsquoactivation stochastique du
cerveau en essayant drsquoen faire sens (mais
sans pouvoir tester la reacutealiteacute)
Source Luc FaucherhttpsenwikipediaorgwikiActivation-synthesis_hypothesis
Activation-synthegravese (1977)
Hobson dans les anneacutees 90 AIM
Source Luc Faucher
Activation
does not keeps a record of its
conscious experience (dreaming))
Modulation
Informative source
(also stands for memory)
keeps a record
of its conscious experience (waking)
httpwillcovcombio-consciousnessdiagramsConsciousness20Model20-20Hobsons20AIM20Modelhtm
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Rocircles possibles du sommeil
Les travaux de Jeff Lliff pointent vers une fonction essentielle lrsquoeacutelimination
des deacutechets produits durant le jour par le cerveau et qui se ferait
surtout la nuit
Ces deacutechets geacuteneacutereacutes par lrsquoactiviteacute incessante drsquoun organe qui ne repreacutesente
que 2 du poids du corps humain mais qui requiert en tout temps pregraves de 20
agrave 25 de toute lrsquoeacutenergie que nous consommons le cerveau srsquoen
deacutebarrasse dans le liquide ceacutephalo-rachidien qui rejoint eacuteventuellement la
circulation sanguine
Lliff et ses collegravegues ont montreacute que le liquide ceacutephalo-rachidien eacutetait eacutevacueacute
du cerveau en suivant les vaisseaux sanguins qui srsquoy trouvent mais agrave
lrsquoexteacuterieur de ceux-ci
Or ce pheacutenomegravene ne serait possible que lorsqursquoon dort alors que les
cellules du cerveau se contractent et ouvrent par le fait mecircme cet espace le
long des vaisseaux par ougrave le liquide ceacutephalo-rachidien va srsquoeacutecouler
Jeff Iliff One more reason to get a good nightrsquos sleephttpstedsummariescom20141015jeff-iliff-one-more-reason-to-get-a-good-nights-sleep
Voilagrave deacutejagrave une fonction importante qui justifie de bonnes nuits de sommeil
Sans compter que lrsquoun des deacutechets eacutevacueacute ainsi est la proteacuteine becircta-amyloiumlde
dont lrsquoaccumulation dans le cerveau est associeacutee agrave lrsquoAlzheimer
Et que drsquoautres eacutetudes ont deacutemontreacute qursquoune diminution du sommeil est associeacute
agrave une augmentation de proteacuteines becircta-amyloiumlde dans le cerveau
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
En juin 2014 paraissait dans la revue Science un article confirmant
le rocircle du sommeil dans la consolidation structurelle des
connexions neuronales apregraves un apprentissage
Plus speacutecifiquement les neurones moteurs activeacutes durant
lrsquoapprentissage drsquoune tacircche sont reacuteactiveacutes durant le sommeil
profond ce qui favorise la formation drsquoeacutepines dendritiques
de maniegravere speacutecifique sur ces neurones
Rocircle du sommeil dans la consolidation de la meacutemoire
httpwwwblog-lecerveauorgblog20140616etre-eveille-rever-et-se-reposer-durant-lete
Il semble assez bien eacutetabli que les oscillations lentes drsquoenviron 075 Hz
qui se reacutepandent largement dans tout le cerveau durant le sommeil profond
favorisent cette consolidation
Ce qui est diffeacuterent des oscillations thecircta de 4 agrave 8 Hz qui elles favoriseraient
lrsquoencodage dans lrsquohippocampe une structure ceacutereacutebrale tregraves impliqueacutee
dans notre meacutemoire agrave long terme
httpwwwblog-lecerveauorgblog201506154595
Lundi 15 juin 2015
De lrsquoimportance des oscillations ceacutereacutebrales lentes
durant le sommeil profond
Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual
memory consolidationRichard Boyce1 Stephen D Glasgow2 Sylvain Williams2dagger Antoine Adamantidis23dagger
(2016)httpsciencesciencemagorgcontent3526287812tab-pdf
Gracircce agrave des
techniques
drsquooptogeacuteneacutetique chez
la souris des
neurones au GABA
du septum meacutedian
ont eacuteteacute rendu
silencieux
Cela a permis
lrsquoatteacutenuation du
rythme thecircta associeacute
agrave la consolidation
mneacutesique durant le
REM (sans perturber
le sommeil)
Par la suite la souris eacuteveilleacutee ne reconnaissait pas le nouvel emplacement drsquoun
objet
Ce traitement perturbait eacutegalement une peur conditionneacutee agrave un certain contexte
Le fait de rendre silencieux les neurones au GABA du septum meacutedian en dehors
des eacutepisodes de REM nrsquoavait pas drsquoeffet sur la meacutemoire
Drsquoougrave leur conclusion que lrsquoactiviteacute des neurones au GABA du septum meacutedian
par leur contribution au rythme thecircta dans lrsquohippocampe est essentielle agrave la
consolidation mneacutesique durant le REM
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
httpwwwjlecomdownloadnrp-299604-role_du_sommeil_dans_la_consolidation_des_souvenirs--WoXX8AAQEAAEopSUgAAAAA-apdf
Sommeil et laquo reset neuronal raquo [recalibrage synaptique]
Diminution de lrsquoordre de 20 des surfaces de contact synaptiques durant le
sommeil
Diminution du nombre de reacutecepteur au glutamate dans les synapses
excitatrices durant le sommeil
bullLiu Z Faraguna U Cirelli C et coll Direct evidence for wake-related
increases and sleep-related decreases in synaptic strength in rodent
cortex The Journal of Neuroscience 2010 308671-5
bullVyazovskiy V Cirelli C Pfister-Genskow M et coll Molecular and
electrophysiological evidence for net synaptic potentiation in wake and
depression in sleep Nature Neuroscience 2008 11200-8
bullCirelli C Tononi G Is Sleep essential Plos Biology 2008 6e216 pp 1605-11
bullTononi G Cirelli C Sleep function and synaptic homeostasis Sleep Medicine
Reviews 2006 1049-62
bullTononi G Cirelli C Sleep and synaptic homeostasis a hypothesis Brain
Research Bulletin 2003 62143-50
bullTurrigiano G Leslie K Desai N et coll Activity-dependent scaling of quantal
amplitude in neocortical neurons Nature 1998 391892-6
2015 Jan 16
Sleep Memory amp Brain Rhythms
Brendon O Watson and Gyoumlrgy Buzsaacuteki
httpswwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4474162
ldquo This theory then postulates that sleep performs a combination of
consolidation and homeostasis [recalibrage synaptique] that
promotes optimal knowledge retention as well as optimal waking brain
functionrdquo