LE SYSTEME LIMBIQUE. Mémoire et Emotion

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1 LE SYSTEME LIMBIQUE Mémoire et Emotion

2 Histoire Paul Broca ( ): 1878: le grand lobe limbique James Papez ( ): 1930 s: Défini un système limbique qui assure la relation entre émotion et mémoire Circuit de Papez PAUL BROCA ( ) JAMES PAPEZ ( )

3 Composition du système limbique Les corps amygdaliens Hippocampe Le gyrus cingulaire Le gyrus Parahippocampique L Hypothalamus Les corps Mamillaires Noyau Antérieur du thalamus

4 Cortex Entorhinal, cingulaire et parahippocampique Cortex Cingulaire Corps calleux

5 Connexions de l amygdale Large groupe de noyaux dans le lobe temporal Cortex Cérébral Système Olfactif Thalamus Formation Réticulée Gyrus cingulaire Gyrus Parahippocampique Strie terminale Hypothalamus AMYGDALE Fibres Amygdalofugales Ventrales

6 Régions de l Amygdale Large region basolatérale : En lien direct avec les ganglions de la base et le système moteur. Petit groupe corticomédian de noyaux: Lié au cortex olfactif. Noyau médian et central : Connecté à l hypothalamus.

7 Afférences à l Amygdale Systeme Olfactif Lobe Temporal (associé avec la vision, l audition, le toucher) Tronc cérébral (relais viscerosensoriel) Nuclei: noyau solitaire Et parabrachial) AMYGDALE Groupe Nucléaire Corticomedian Groupe Nucléaire Basolateral Noyaux centraux Fibres Amygdalofugales Ventrales

8 Efférences de l Amygdale AMYGDALE Strie Terminale Noyau Septal de l Hypothalamus Groupe Nucléaire Corticomédian Groupe Nucléaire Basolatéral Noyau Thalamique Dorso-médian Noyau Accumbens Hypothalamus Noyaux centraux Nuclei of ANS Fibres Amygdalofugales Ventrales Fibres Amygdalofugales Ventrales

9 Système Limbique et noyaux de la base Gyrus Cingulaire Antérieur Aires Orbitofrontales (10, 11) Lobe temporal Médian et latéral Hippocampe Amygdale cortex Entorhinal (24) Striatum Ventral (nucleus accumbens) Noyau Caudé (tête) Ventral Pallidum Globus Pallidus Médian Substance noire (Pars Reticularis) Noyaux Ventral Antérieur et Dorsomédian

10 Le Circuit de Papez (Mémoire/Emotions) Fornix Corps Mammillaires Autres noyaux hypothalamique Noyau du septum Noyau de Meynert Tractus Mammillothalamique Hippocampe (incluant le gyrus denté ) Néocortex Groupe nucléaire Antérieur du thalamus Gyrus Parahippocampique Cortex du Gyrus Cingulaire

11 MEMOIRE / CIRCUIT DE PAPEZ

12 Circuit de Papez : boucle cortico-corticale via l hippocampe Voie alvéolaire Hippocampe voie perforante Cortex Entorhinal 1 cingulum Cortex (gyrus) Cingulaire fornix Voies thalamocorticales Corps Mammillaires Tractus mammillothalamique Noyau Thalamique Antérieur

13 Circuit de Papez A. Hippocampe B. Corps mammillaires C. Noyau thalamique antérieur D. Cortex (gyrus) cingulaire 1. fornix 2. Tractus mammillothalamique 3. Voies thalamocorticales 4. cingulum

14 lobe temporal Median = systeme de memoire

15 Fonctions du système limbique Cerveau émotionnel Aspects motivationnel et émotionnel de nos comportements. Gère la partie émotionnelle des processus d apprentissage (surtout l amygdale). Associé à la mémoire (surtout l hippocampe) Associé à la douleur/plaisir, rage

16 Aspects Fonctionnels du Système Limbique 1. Emotion Comportements Affectifs Amygdale Cortex Limbique et Préfrontal - Desir, Motivation, Comportements dirigés vers un but Hypothalamus et tronc cérébral - maintenance du soi (nos appétits/nos colères) - maintien de l espèce (fonction sexuelle) cf. Syndrome de Klüver-Bucy 2. Mémoire et apprentissage Circuit de Papez cf. Syndrome de Korsakoff

17 1-Emotion, comportements affectifs Syndrome de Klüver-Bucy Singes ou chats avec lésion bilatérale des lobes temporaux incluant l amygdale et l hippocampe Docilité : perte de la peur normale à l anxiété - Essaie d attraper des serpents ou d allumer des allumettes Régression au stade oral du développement - Tendance compulsive à placer des objets dans la bouche Augmentation marquée de l activité sexuelle (perversion) Perte de mémoire Heinrich Klüver Paul Clancy Bucy ( ) ( )

18 Klüver-Bucy syndrome in cats: Mating behavioral changes

19 Changement comportementaux de l agressivité Rage Attaque silencieuse - Expression affective d une attaque -On peut l évoquer par stimulation de l hypothalamus médian également - Peu d expression émotionnelle -Évoqué par stim. Electrique d un noyau de l hypothalamus

20 Changement comportementaux de l appétit Lésion du noyau ventromédian de l hypothalamus Appétit Vorace Lésion du noyau latéral de l hypothalamus Perte d appétit

21 Syndrome de Korsakoff (encéphalopathie de Wernicke) Déficience prolongée en thiamine (vitamine B1) qui perturbe le métabolisme du glucose cérébral. Souvent lié à l alcoolisme chronique. Symptomes : apathie, confusion mentale, oubli et confabulation ( on devine pour combler les trous de mémoire). Amnésies Rétrograde et antérograde Dommages au thalamus, cx frontal diffus

22 2-Mémoire et apprentissage Qu est ce que l apprentissage? Changement relativement permanent du comportement d un organisme, lié à ces expériences, à la pratique, pour le meilleur ou pour le pire.. Ceci exclus les changements dus à la maturation cérébrale ou à la physiologie

23 Capacité de se rappeler des expériences passées Essentielle à tout apprentissage puisqu'elle permet le stockage et le rappel des informations apprises. 2-Mémoire et apprentissage La mémoire La mémoire est la trace qui reste suite à un apprentissage

24 Processus de mémorisation Entrées sensorielles : le cerveau capture l info générale d une foule de gens par ex Si l on porte notre attention sur une personne dans cette foule, ou si il y a des infos importantes Si l on porte notre attention Suffisamment longtemps (répétition/entraînement) sur une personne dans cette foule

25 Strength of memory trace Mémoire à long terme 10 High Sensory buffer Short-term memory Intermediate-term memory Long-term memory Low Time Input Hypothèse des Multiples Traces de mémorisation plusieurs types de mémoires

26 Donc finalement L apprentissage rassemble les processus d acquisition de nouvelles informations, alors que la mémoire fait référence à la persistence de l apprentissage dans un état qui peut être révélé plus tard.. (Squire, 1987).

27 2-Mémoire et apprentissage Les différents types de mémoires à long terme Connaissance des expériences personnelles (temps/espace) Connaissance générale des faits/expériences Habiletés Motrices et cognitives Hippocampe Conditionnement Classique/Opérant

28 Rôle de l hippocampe Assure le passage mémoire à court terme / mémoire à long terme. Partie du cortex situé dans le repli interne du lobe temporal.

29 lobe temporal Median = systeme de memoire High-resolution MPRAGE Excellent grey-white contrast is present in hippocampus

30 Current standard 1mm structural imaging (AD patient) Trio TIM, 12 channel coil, 1mm 3 MPRAGE

31 Hippocampe Hippocampe : Gyrus Denté, CA1, CA2, CA3, CA4, subiculum

32 Lobe temporal vue inférieure L hippocampe est associé à des cortex adjacents : Entorhinal (ERC) Parahippocampique (PHC) Périrhinal (PRC)

33 Ammon s horn (Cornu Ammonis) Lorente de Nó 1934 Ammon: nom grec d un dieu égyptien, représenté par un Bélier.

34 lobe temporal Median = systéme de memoire Courtesy of S. Heckers (J N Trans, 2002)

35 Lésion Hippocampe Le cas H.M; 1953

36 Lésion Hippocampe Le cas H.M Deux types majeurs d amnésie: Amnésie Antérograde perte de la capacité à former de nouvelles mémorisations après dommages. Amnésie Rétrograde Perte des souvenirs des événements ayant eu lieu juste avant les dommages.

37 Mémoire d amorçage intacte chez HM (mémoire implicite)

38 Tâche de dessin en miroir : intact chez HM Mémoire procédurale intact!! Ainsi que mémoire à court terme. Mais il ne se rappelait pas avoir effectué cette tâche!!!

39 Différentes mémoires liés à différentes structures cérébrales HM ne montre pas de problèmes de mémoire implicite, reste l explicite Sémantique Episodique Cartes spatiales

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41 Lésion de l hippocampe perturbe la navigation spatiale

42 La mémoire spatiale Chez l Homme, les techniques d imageries montre que l hippocampe droit s active quand une personne se souvient d une tâche de navigation ou effectue cette tâche. Neurones de places Spécifiquement trouvés dans l hippocampe. Ils sont actifs quand l animal est dans une région particulière de l espace. Chaque point est ainsi cartographié.

43 Apprentissage/Mémorisation Bases électrophysiologique et moléculaire de la mémoire dans l hippocampe Lorsque nous apprenons, des circuits nerveux sont modifiés dans notre cerveau. Ces circuits sont constitués de neurones qui communiquent entre eux par des jonctions appelées synapses. Synapses Neurone

44 Ces synapses augmentent ou diminuent leur efficacité suite à un apprentissage, facilitant ou pas le passage de l'influx nerveux dans un circuit particulier. Répétition d un mot pour le retenir Cette nouvelle association durable entre certains neurones formera le souvenir de ce mot.

45 Souvenirs Activité particulière de certains réseaux de neurones ayant des connexions renforcées entre eux.

46 Plasticité synaptique Les neurones de l'hippocampe, lorsqu'ils reçoivent plusieurs influx nerveux, très rapidement, sur un temps très court, renforcent la connexion synaptique qui a reçu ces influx. des heures, des jours, des semaines. La potentialisation à long terme (LTP) = modifications moléculaires à la base de cette augmentation d efficacité synaptique et donc des apprentissages à long terme.

47 Finalement. Si il n y a pas potentialisation de la synapse, il n y a pas mémorisation et donc pas de souvenirs.

48 Bases électrophysiologique et moléculaire de la mémoire dans l hippocampe

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50 Amplitude des PPSE (% original) Systèmes plus complexes : les vertébrés Anatomie de l Hippocampe Protocol de stimulaiton des axones AMPLITUDE des PPSE 300 haute fréquence min 60 min 100 haute fréquence TIME (min)

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53 Bases neurochimique de la LTP: Un antagoniste des R- NMDA (APV) bloque l induction de la LTP, pas son expression La stimulation est à haute fréquence (100 Hz)

54 Long-Term Depression (LTD): L opposé de la LTP sur le plan électrique et synaptique. La stimulation est à basse fréquence (1 Hz)

55 Eléments de base pour comprendre la plasticité synaptique : effets fonctionnels Haute fréquence ou basse fréquence Récepteurs NMDA et AMPA du glutamate

56 Synapse glutamatergique

57 Neurone post-synaptique Avec une faible activité présynaptique, seulement une partie des R-AMPA est activée, ce qui donne un PPSE faible. Dans ces conditions, les R-NMDA son inactifs malgré la fixation Du glutamate parce que son canal est bloqué par le Mg2+ ambiant.

58 Neurone post-synaptique Une stimulation haute fréquence du neurone présynaptique active beaucoup de R-AMPA et le PPSE alors est grand Ce grand PPSE (forte dépolarisation) lève le blocage par le Mg2+ du R-NMDA Le Ca2+ peut alors entrer dans le neurone postsynaptique via les R-NMDA c est ce signal qui va changer la «force» de la synapse LTP ou LTD!!!

59 Haute fréquence LTP Basse fréquence LTD Haute concentration en Ca2+ : 5µM Faible concentration en Ca2+ : 1µM Activation phosphatase Retrait des R-AMPA de la membrane

60 Modèle Vertébré d apprentissage : Hippocampe et plasticité synaptique LTP, LTD, et traffic des R-glutamate Transmission synaptique Stable : R- AMPA sont remplacés et maintenus en nombre constant LTD et LTP perturbe cet équilibre Par régulation bidirectionnelle des niveaux de phosphorylation

61 Modèle Vertébré d apprentissage LTP, LTD, et traffic des R-Glutamate

62 Bases moléculaires de la mémoire à long terme Phosphorylation = mécanisme du long terme : Persistence de l activité des Protéines Kinases La Phosphorylation maintien les kinases activent CaMKII et LTP Hypothèse du switch moléculaire

63 Plasticité synaptique : effets structuraux LTP renforce les synapses existantes et fait pousser de nouvelles synapses. Densité Présynpatique Stucture synaptique Avant LTP Après LTP Avant LTP Après LTP Pousse de nouvelles épines dendritiques

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65 LTD et LTP coexistent sur une même synapse : plasticité bidirectionnelle Peut permettre l inversion d un apprentissage, ou l oubli, ou être impliqué dans des apprentissages spécifiques. Théorie BCM (Bernstein-Cooper- Monroe)

66 Bases moléculaires de la mémoire à long terme Synthèse protéique nécessaire Plasticité structurale et mémoire Mémoire à long terme associée avec de la transcription et la formation de nouvelles synapses. Un Rat dans un envirronnement enrichi montre une augmentation de 25% du nombre de ces synapses.

67 Conclusion Mémoire et apprentissage Ont lieu au niveau de synapses Avec un rôle unique du Ca2+ Critique pour la sécrétion de NT, la contraction musculaire et toute forme de plasticité synaptique. Cation chargé ET second messager Couple l activité électrique avec des changements à long terme du cerveau.

68 Interactions entre émotion et mémoire

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70 LTP LTP RIEN

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76 Fonctions de l Amygdale Lie les stimuli environnementaux aux comportements coordonnés autonomique et endocrine observés dans la préservation des espèces. Ces réponses inclues: Boire et Manger Comportement d attaque Comportement maternel, de prévention/protection Réponses au stress physique et/ou émotionnel

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78 lobe temporal Median = systeme de memoire

79 Amygdale Large groupe de noyaux dans le lobe temporal Afferences: Tractus Olfactif Noyau Solitaire Noyau parabrachial Néocortex limbique : -Gyrus cingulaire - Gyrus Parahippocampique

80 Syndrome de Klüver-Bucy Heinrich Klüver Paul Clancy Bucy ( ) ( )

81 High-resolution MR imaging 7 Tesla ex vivo um resolution Courtesy of Jean Augustinack & Bruce Fischl