Un gros cerveau vaut-il mieux qu un petit?

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1 Le cerveau 1

2 Un gros cerveau vaut-il mieux qu un petit? Grenouille : 0.1 g Chat : 30 g Macaque : 100 g Humain : 1400 g ( Anatole France : 1000 g, Tourgueniev : 2000 g) Eléphant ou baleine : 7 à 8 kg! Masse du cerveau / masse corporelle Evolution a sélectionné un gros cerveau mais Cerveau est très énergivore* : chez l humain, 25 % du sucre absorbé (2% de masse du corps) Cerveau des femmes plus petit, même en tenant compte de la taille * pompe Na+/K+ ATPase 2

3 Chez l humain, développement en particulier du cortex préfrontal : pour l élaboration de comportements et stratégies nouveaux pour échapper aux réflexes et routines Lésions : soumission anormale aux réflexes 3

4 Test de Stroop : Lisez à voix haute, le plus rapidement possible, la liste de mots ci-dessous vert bleu jaune rouge vert bleu rouge jaune vert bleu rouge jaune vert rouge bleu jaune vert bleu jaune rouge jaune bleu rouge vert jaune rouge jaune vert rouge bleu vert jaune rouge bleu vert jaune rouge bleu bleu jaune rouge jaune vert rouge bleu vert bleu rouge jaune vert 4

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7 Explication de «l effet Stroop»: La «routine de lecture» nous pousse à lire les mots, de manière automatique. Dire la couleur est moins habituel, moins automatique. C est grâce au cortex préfrontal qu on peut «échapper» à l action de routine. Un enfant réussira mieux le test de Stroop. Illustration : On a de la peine à passer un feu rouge, même si on a une ambulance derrière soi. Certaines personnes ont une lésion du cortex préfrontal: Incapables de réussir le test de Stroop Comportement d utilisation ou d imitation: face à un verre et une carafe la personne ne «peut que» se servir à boire, ne peut qu imiter son vis-à-vis 7

8 En cas de lésion du cortex préfrontal Comportements d imitation : imitation irrépressible de son vis-à-vis Comportements d utilisation : réaction stéréotypée d utilisation de l objet 8

9 Anatomie du cerveau 9

10 Protection du cerveau le cerveau est l organe le mieux protégé du corps le crâne offre protection mécanique méninges empêchent que le cerveau s abime contre l intérieur du crâne liquide céphalorachidien (LCR) ou cérébrospinal (LCS) amortit les chocs 10

11 Le liquide céphalorachidien (LCR): o est produit par les plexus choroïdes o remplit les ventricules o s écoule dans l espace sous arachnoïdien et dans le canal central de la moelle épinière o est réabsorbé dans le sang au niveau des villosités arachnoïdiennes 11

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15 A gauche : Image cérébrale d un homme de 44 ans qui souffrait d hydrocéphalie (accumulation de LCR) pour laquelle il n avait pas consulté depuis l âge de 20 ans. Il menait une vie normale (emploi, famille) même si son QI (75) n était pas très élevé. LV = Ventricule latéral Image d un cerveau normal 15

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18 Le tronc cérébral 18

19 Mémoire des mouvements 19

20 épithalamus (glande pinéale) Le thalamus L hypothalamus 20

21 Epithalamus (glande pinéale) 21

22 Assure l équilibre de notre milieu intérieur 22

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33 Hémisphère gauche Hémisphère droit Partie qui agit, qui exécute Langage Opérations logiques Traitement de séries d informations Activités de précision Détails auditifs et visuels Comparaison, réflexion, synthèse Aptitudes visuo-spatiales, perception des formes et de l espace Reconnaissance des visages,des expressions et des voix Sensibilité musicale et artistique Comprendre les histoires drôles 33

34 Sensation perception La sensation est la conscience des variations du milieu interne ou de l'environnement. La perception est l'interprétation consciente des stimuli (si un caillou entre dans ma chaussure, j'ai une sensation de pression et une perception de douleur). «Ce que nous percevons ne dépend pas seulement de ce que nos yeux, nos oreilles et notre peau nous apprennent du monde extérieur. Cela dépend aussi beaucoup de ce que notre cerveau croit, attend et cherche». Voir l effet Mc Gurk. 34

35 Vision et cécité attentionnelle (voir vidéo) Le cerveau doit choisir les objets dont il va prendre conscience. Pour voir il ne suffit pas que des images entrent dans nos yeux, il faut que notre cerveau soit disponible à les recevoir. Les images reçues seront analysées dans plusieurs aires reliées à la vision pour le traitement des couleurs, mouvements, interprétation. Exemple : on voit une voiture. Des aires différentes «verront» la couleur, le mouvement, la forme. Suite à un AVC on peut n avoir que la moitié du champ visuel en noir-blanc. Puis activation d aires associatives contenant des données en mémoire : nom de la marque, souvenir associé, etc 35

36 Les neurones miroirs Mis en évidence dans les années 1990 par Giacomo Rizzolatti. On active les même neurones moteurs quand on fait un mouvement et quand on voit quelqu un faire ce mouvement et aussi quand on s imagine faire le mouvement. Voir quelqu un qu on aime souffrir active les mêmes aires que lorsqu on souffre soi-même. On a tendance à faire les mêmes gestes que notre vis-à-vis. Contagion du baillement Difficile de faire un mouvement tout différent de son vis-à-vis On se met à boiter en suivant quelqu un qui boite 36

37 Les neurones miroirs Permettent, en faisant la même mimique que son vis-à-vis, de comprendre celle-ci (vrai-faux sourire). Incapacité des autistes à comprendre les émotions d autrui. Incapacité des gens botoxés à comprendre les émotions. Incapacité des psychopathes à se représenter la souffrance d autrui. 37

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39 39 La phrénologie ou étude des bosses du crâne, Franz Joseph Gall, fin du 18 ème siècle

40 Avant la neuroimagerie actuelle Méthodes indirectes : Lésions cérébrales localisées, suite à un accident ou un AVC: Dissections post-mortem. L aire du langage de Broca a été découverte ainsi Destruction sélective de certaines régions cérébrales chez l animal Stimulations électriques appliquées directement sur le cerveau lors de neurochirurgie Expériences sur patients à cerveau dissocié : hémisphères séparés suite à une épilepsie. 40

41 Cas Phineas GAGE: En 1848 Phineas Gage travaille à la construction de chemins de fer aux USA. Alors qu il est en train de tasser de la poudre, une explosion fait sauter sa barre à mine qui lui transperce le crâne. Deux mois après l accident, il est sur pied. Mais ce n est plus le même homme: autrefois calme et décidé, il est devenu grossier, inconstant, capricieux, bagarreur et incapable de prendre des décisions. Son «caractère» a changé mais ses fonctions intellectuelles sont intactes 41

42 Lésion du cortex préfrontal dorsolatéral : Perte de l affectivité (indifférence, absence de réactions émotionnelles) Réduction des gestes, des mouvements et de la parole spontanée Impossibilité de programmer, de planifier une activité Humeur triste Diminution progressive des champs d intérêt Jugement qui devient de plus en plus bizarre et inapproprié Lésion du cortex orbital: Perte du contrôle des comportements «sociaux» (caractère enfantin et peu sérieux, égocentrisme, vulgarité, familiarité, etc) 42 Optimisme et euphorie excessifs

43 Imagerie anatomique : Tomographie, rayons X (cat scan) pour détecter des lésions: o tumeurs o hémorragies o déformations congénitales par radiographie ou IRM IRM =Imagerie par résonnance magnétique 43

44 L imagerie fonctionnelle: mesure l activité de certaines régions du cerveau durant certaines tâches en recherche fondamentale : o pour comprendre le rôle de nos différentes structures cérébrales o a permis une «cartographie» de certaines fonctions en clinique : o pour diagnostiquer des foyers épileptiques o avant des opérations chirurgicales (identifier des aires à sauvegarder) 44

45 L'électroencéphalographie L électroencéphalographie (EEG) permet d amplifier l activité électrique générées par les neurones. En effet, plusieurs fonctions cognitives ou motrices produisent des patterns d activité neuronale caractéristiques qui provoquent une signature particulière sur l électroencéphalogramme. L EEG mesure donc l activité neuronale globale et continue du cerveau grâce à des électrodes collées à la surface du cuir chevelu. Les ordinateurs actuels permettent d analyser l activité cérébrale captée par plusieurs douzaines d électrodes situées à différents endroits sur le crâne. 45

46 EEG pris lors d une crise d épilepsie : Hypersynchronie de vastes groupes de neurones, qui s activent/se désactivent en même temps. 46

47 L EEG offre une excellente résolution temporelle et un coût relativement moins élevé que l IRMf ou le PET scan, mais sa résolution spatiale demeure toutefois pauvre. Malgré tout, l EEG peut aider à diagnostiquer des foyers épileptiques, des tumeurs cérébrales, des lésions, des caillots, etc. Il aide aussi à trouver l origine de migraines, de problèmes d étourdissements, de somnolence, etc. Etudes du sommeil 47

48 Le magnétoencéphalographie (MEG) permet de voir le cerveau en action en mesurant les faibles champs magnétiques provenant de l activité électrique enregistre l activité en temps réel non invasif, moins bruyant et inconfortable que IRMf utilisé en médecine pour détecter des foyers d épilepsie et les zones à épargner lors de chirurgie 48

49 Imagerie par tenseur de diffusion (ITD) ou IRM par diffusion Permet de déterminer la position et l orientation des faisceaux de matière blanche On mesure la diffusion des molécules d eau Montre les connexions entre neurones 49

50 L IRM fonctionnelle 50

51 L IRMf (imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle) Avantage : 1 seule machine pour IRM anatomique et IRMf on peut faire des correspondances anatomo-fonctionnelles 51

52 IRM fonctionnelle (IRMf )et effet BOLD Effet paramagnétique de la déoxy hémoglobine (déoxy-hb) > oxy-hémoglobine (oxy-hb) une région active du cerveau aura besoin de plus d O 2 et de glucose vasodilatation on peut mesurer l augmentation de déoxy-hb, env.4 secondes après activation 52

53 En soustrayant par la suite l intensité des différentes régions de cette image d une autre qui a été préalablement enregistrée avant la tâche à accomplir, on observe une différence dans certaines zones qui «s allument» aux régions les plus irriguées et donc les plus actives au niveau de l activité neuronale. Résonance magnétique fonctionnelle d une femme de 24 ans durant une tâche de génération de mots. 53

54 Images cérébrales des mouvements réels et imaginaires. bouger la main droite imaginer bouger la main droite coupe haute coupe médiane 54

55 De la même manière voir une vidéo (sans le son) active des régions auditives Mêmes régions visuelles activées en voyant une image ou en y pensant. Penser à l exécution d un mouvement active l aire motrice correspondante : on peut entraîner son service de tennis, ou un geste d habileté sans faire le mouvement. 55

56 La tomographie par émission de positons (TEP) On injecte au sujet une solution contenant un élément radioactif (glucose, eau) Davantage de radioactivité sera émise des zones cérébrales les plus actives à cause de la vasodilatation qui amène plus de solution radioactive dans ces régions. 56

57 TEP (tomographie par émission de positons) Une écoute subjective ou analytique d une même pièce de musique par le même sujet active préférentiellement l hémisphère droit ou l hémisphère gauche moins bonne résolution que IRMf meilleur contraste de couleur (+chaudes = +actives) dégradation rapide de la radioactivité temps d expérience limité 57

58 Comparaison entre les différentes techniques de neuroimagerie 58

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61 Pourquoi les chimpanzés ne parlent-ils pas? Cherché le «gène de la parole» dans les 2% du génome qui nous séparent Trouvé grâce à des anomalies du langage chez certains enfants, et dans certaines familles. Gène FOXP2 identifié, sur le chromosome 7 Gène régulateur (module cascade d autre gènes), importance dans le développement du cerveau. FOX P2 apparu très tôt dans l évolution 3 a.a de différence avec la souris, 2 avec le chimpanzé. Mutation se serait produite chez l humain il y a ans (début d H.Sapiens ), et s est très rapidement répandue! C est le langage qui nous a rendu «intelligents», et non pas le contraire! 61

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63 Lecture Pas les mêmes aires impliquées pour lire : «chignadorle» (épelage et règles de lecture) «oignon» (lexique mental) Pas la même zone qui ajoute un «s» à un nom (house houses) ou à un verbe à la 3 ème personne (run runs). Démontré par inactivation d un point précis du cortex frontal. Cas d alexie pure : la personne ne peut plus lire mais elle peut prendre un texte sous dictée!!! Sans pouvoir se relire. 63

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65 L entrainement peut modifier anatomiquement certaines zones du cerveau: Hippocampes plus développés chez les chauffeurs de taxis londoniens. Jonglage augmente une aire de la perception des mouvements et du contrôle de l action. L effet est temporaire, perdu si on arrête l entrainement. Aire motrice des doigts chez les violonistes agrandie 65

66 Amusicalité et oreille absolue Amusicalité (4% de la population): Les gens ne reconnaissent aucune musique: tout est du bruit! Cerveau ne peut analyser les variations de hauteur des sons Incapacité de chanter Héréditaire, familles d amusiques Cortex un peu plus épais dans région temporale Oreille absolue: 1 personne sur Education musicale nécessaire mais pas suffisante Décharge électrique 150 ms après la note dans une zone temporale précise Origine génétique probable, plus fréquente chez les asiatiques. 66

67 In: «Pourquoi les chimpanzés ne parlent pas. Et 30 autres questions sur le cerveau 67 de l homme», Laurent Cohen, Odile Jacob eds, p.70

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71 Amygdale et peur L amygdale est activée même lorsque l image effrayante est montrée trop brièvement pour que le sujet d expérience l ait perçue consciemment. 71

72 L expérience consistait à montrer à des participants des images subliminales et à leur faire un IRM en même temps. Le résultat a montré que certaines parties du cerveau se mettaient en activité lors de la projection des images subliminales alors qu elles n étaient pas perçues consciemment : Cet IRM montre l'activation cérébrale observée dans le contraste peur-joie. Lorsqu'une image subliminale reflétant la peur est affichée, on voit en rouge l'activation de l'amygdale : elle est perçue inconsciemment. 72

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74 La plasticité cérébrale Les neurones sont incapables de se multiplier par mitose. Dès 20 ans, le cerveau perd environ 1g/ an, par mort neuronale. MAIS: Plasticité synaptique : nouvelles connections, élagage, renforcement des synapses (récepteurs) Réorganisations des aires cérébrales, suite à un accident Neurogenèse à partir de cellules souches (bulbe olfactif et hippocampe) 74

75 Pathologies du système nerveux central 75

76 La maladie de Parkinson Difficultés à effectuer des mouvements difficulté à initier un mouvement (entre «je veux bouger» et «je bouge») lenteur des mouvements diminution de l amplitude des mouvements difficultés à faire plusieurs fois le même mouvement impossibilité à faire plusieurs tâches en même temps (compter, parler et marcher) Parfois, tremblements de repos et rigidité des membres. 76

77 La maladie de Parkinson Est due à un manque de dopamine dans les noyaux gris centraux (ganglions de la base) 77 Les noyaux gris centraux sont responsables de l exécution des plans moteurs appris

78 Le syndrome Gilles de la Tourette Caractérisée par des tics durables: mouvements involontaires, stéréotypés, sans but, inadaptés au contexte. P.ex. reniflements, clignements d yeux etc. des TOCs : troubles obsessionnels compulsifs. P.ex. vérifier 10 x si on a fermé le gaz, se laver les mains Des cris, jurons et obscénités irrépressibles, qui surgissent n importe quand. Ces comportements peuvent être contrôlés, mais seulement un moment puis effet rebond. Touche de 0,1 à 1% de la population Diminue généralement après 20 ans 78

79 Le syndrome Gilles de la Tourette Dysfonctionnement dans les ganglions de la base Manque d inhibition des actions parasites et inappropriées, quand on entreprend une action. Déficience en GABA (neurotransmetteur inhibiteur) On peut supprimer les symptômes par stimulation cérébrale profonde 79

80 Maladie d Alzheimer Forme héréditaire qui touche des personnes jeunes Gène de prédisposition APOE-4, qui rend plus probable la maladie Caractérisée par l accumulation de filaments formés de protéine «tau» à l intérieur des neurones. le dépôt de plaques amyloïdes entre les neurones La destructions des neurones et atrophie du cerveau 80