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04 04 2012 Introduction aux Neuro-Sciences Cognitives Fonctions affectives et intellectuelles B Millet.

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1 Introduction aux Neuro-Sciences Cognitives Fonctions affectives et intellectuelles B Millet

2 Plan: -Neurosciences, neurosciences cognitives, de la démarche philosophique à lapproche scientifique… -Approche scientifique …approche expérimentale -Au sein des neurosciences cognitives …comment le cerveau pense et éprouve : la psychologie cognitive -Les outils contemporains des neurosciences et… -Lhistoire des neurosciences … quelques étapes -Entrer dans la complexité: décliner les différents étages des fonctions émotionnelles et cognitives moléculaire, cellulaire,macroscopique,, individuel, pathologique, social -Ex1 : fonction cognitive : la mémoire -Ex 2: fonction émotionnelle : la peur

3 Neurosciences: sciences en charge de la connaissance du fonctionnement du système nerveux responsable de la commande motrice, du développement des affects et des fonctions intellectuelles

4 Neurosciences: neuroanatomie, neuro et psycho physiologie, neuropathologie, neuroimagerie, neuropharmacologie, sciences comportementales, neurobiologie cellulaire et moléculaire Médecine clinique: neurologie, psychiatrie, neurochirurgie Les neurosciences cognitives sont récentes: elles contribuent à la réflexion de lhomme sur lui même, sur lorigine de ses pensées, sur le sens de son existence, sur linteraction de son cerveau avec son environnement.

5 Les neurosciences cognitives La psychologie cognitive Les neurosciences Lintelligence artificielle La philosophie Analyse du comportement humain et du fonctionnement du psychisme Aspects neurobiologiques, neuro- anatomiques sous-tendant le fonctionnement du système nerveux Etude rationnelle de la pensée humaine Etude de lintelligence des machines comparée à celle de lhomme

6 Pendant longtemps, la réflexion sur notre fonctionnement psychique (comment nous réfléchissons, nous éprouvons des émotions…) a reposé sur une démarche introspective (Descartes 1637 « Le discours de la méthode » je pense donc je suis…) Les neurosciences cognitives introduisent la démarche scientifique dans la compréhension du fonctionnement du cerveau

7 La démarche scientifique reposant sur lexpérimentation: base de « levidence based medicine » Observer, faire une hypothèse: le rationnel de létude Expérimenter: mise en place de la procédure expérimentale (critères dinclusion, outils, statistiques…) Extraire les résultats avec analyse des données brutes Interpréter les résultats, Vérifier et comparer les résultats: discussion Reproduire lexpérience (définir le niveau de preuve)

8 Ex: Existe-t-il une altération de la reconnaissance des émotions dans la dépression ? Contexte : dépression 6% de la population (prévalence) Hypothèse : Existence dun trouble de la reconnaissance des émotions communiquées par la voix au cours de la dépression Expérimentation: –étude comparative dun groupe de sujets déprimés avec un groupe de sujets sains contrôles appariés en sexe et en âge –Instruments utilisés: échelle de dépression, échelle de démence –Test de prosodie ( caractéristiques acoustiques influençant lintonation et la production vocale) émotionnelle Résultats : les sujets déprimés reconnaissent moins bien globalement les stimuli chargés émotionnellement que les sujets contrôles sur le plan auditif Interprétation: réseaux cérébraux impliqués dans le domaine de la reconnaissance des émotions et altération dans la dépression Vérification et réplication manquent Peron…Millet 2011

9 Major depressive disorder skews the recognition of emotional prosody Péron J, El Tamer S, Grandjean D, Leray E, Travers D, Drapier D, Vérin M, Millet B. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry Feb 3 Publications dans des journaux internationaux Classement en fonction du niveau de notoriété des journaux Impact factor : indice de citation

10 Les neurosciences cognitives doivent permettre de répondre à la question : Comment le cerveau nous permet-il de: voir, penser, juger, résoudre des problèmes, éprouver des sentiments et des émotions, et nous reconnaître nous-mêmes, et de reconnaître les autres, nous souvenir et nous projeter dans le futur ? En médecine, elles doivent nous permettre de comparer le fonctionnement psychique normal par rapport au fonctionnement pathologique Puis de comprendre les pathologies.

11 La psychologie cognitive Sous-discipline de la psychologie qui se focalise sur la cognition (processus de pensée) La cognition : faculté mobilisée dans de nombreuses activités telles que : Les émotions (tristesse, joie, colère, surprise, peur, dégôut) Les humeurs : euthymie, dépression, manie (excitation psychique) Les sensations (gustatives, olfactives, tactiles…) La perception (des objets, des formes, des couleurs…) La résolution de problèmes; Le raisonnement; La prise de décision et le jugement; La compréhension et la production du langage Les actions;

12 Contrôle des fonctions de base Coordination des processus comportementaux et mentaux complexes Evolution des espèces Phylogenèse

13 Daprès Philips M 2008 Modèle neuronal de régulation émotionnelle

14 Ces champs dinvestigation du comportement et de la pensée peuvent être explorés par la neuro-imagerie Limagerie cérébrale: –Structurale: Scanner X, IRM : elles permettent de visualiser les structures cérébrales: ventricules, cortex cérébral, structures sous corticales, substance blanche, substance grise LImagerie Fonctionnelle: TEP, IRMf. - Permet dévaluer la fonctionnalité des structures cérébrales : lactivité du métabolisme du glucose dans le cerveau, de loxygène, de leau

15 PET : Tomographie par émission de positrons Injection dans la circulation sanguine de solutions contenant des molécules marquées radioactivement, qui vont au Contact des molécules présentes dans le cerveau émettre des positrons détectés par des capteurs autour de la tête de la personne Exemples: Marqueur du Sang cérébral : eau avec 15 O -Glucose : 18 Fluor deoxy glucose

16 Les Neurosciences cognitives aujourdhui: ce sont aussi des outils thérapeutiques Stimulation cérébrale profonde Utilité : Soins et compréhension des mécanismes daction Stimulation Magnétique Trans- cranienne

17 Per-operative electrophysiology 69% improved OCD symptomatology >25% 88% improved global functioning >25%

18

19 Possibilité denregistrer les signaux électrophysiologiques produits par des groupes de neurones avant et après stimulation cérébrale Level 1 Level 2 Level 3

20 Applications techniques de la stimulation cérébrale profonde: developpement de stimulateurs intelligents Electrodes permettant des enregistrements des signaux électriques issus des neurones et pouvant en réponse moduler la stimulation en fonction des signaux biologiques cérébraux

21 Approches invasives expérimentales dans le respect de règles éthiques strictes +++ Approche pluridisciplinaire et collégiale Information du patient Comité de protection des personnes (CPP) Comité National Consultatif dEthique Obtention dun consentement –Écrit –Et librement consenti –…Disposant de toutes ses facultés de compréhension

22 Les neurosciences aujourdhui Différents acteurs: Psychologue cognitiviste, Informaticien, neurobiologiste, neuroanatomiste, neurophysiologiste, psychophysicien, philosophe, sociologue,. Au niveau médical clinique: Psychiatre, neurologue, neurochirurgien, neuropharmacologue, Différents nivaux danalyse: moléculaire, cellulaire, cognitif, comportemental

23 Paul Broca (neurologue français) (1861) -Fondateur de lécole dAnthropologie (étude de lhomme) -Décrit le cas d un patient qui comprend ce qu on lui dit mais ne peut pas parler A lautopsie : lésion de la partie postéro-inférieure du lobe frontal gauche. Zone de la motricité du langage. Développement de la Neuropsychologie (étude des perturbations cognitives et émotionnelles provoquées par des lésions du cerveau)

24 Karl Wernicke (1874) (neuropsychiatre allemand) Décrit un patient qui peut parler librement, mais ne peut comprendre ni le langage parlé, ni le langage écrit. A lautopsie lésion de la partie Temporale gauche: zone de la Compréhension du langage

25 Hanna et Antonio Damasio (1994) Cas de Phineas Gage: Contre-maître, ouvrier modèle, travaillant sur la construction dune ligne de chemin de fer dans le Vermont: Accident avec traumatisme cranien provoqué par une barre de fer (1848) Dr. Harlow (1868): « Recovery from the passage of an iron bar through the head » Apparence normale mais changement total de comportement : incorrect, grossier avec ses collègues, irritable, querelleur…psychopathe 100 ans après reconstruction de lévaluation de la lésion par neuro-imagerie …atteinte du Cortex Pre Frontal Comparaison en psychiatrie: personnalité psychopathique: carence affective et éducative

26 Delay et Deniker (1954) Essai de la chlorpromazine à Sainte Anne: premier neuroleptique médicaments à effet neurobiologique, utilisés entre autres dans le traitement de certaines affections du système nerveux central les psychoses telle que la schizophrénie et certains autres syndromes comportant des hallucinations, du délire et de l'agitation psychomotrice, production dun détachement psychologique,… la chlorpromazine était aussi efficace sur les patients schizophrènes [ [ P Deniker

27 Camillo Golgi 1873 ( corps de la cellule neuronale) Hippocampe impr é gn é par la m é thode de coloration de Golgi Ramon y Cajal (1859) Montre que les neurones sont en contact les uns avec les autres mais pas en continuité Méthode de coloration (tissu cérébral dans une solution de chrome argenté) montrant le corps de la cellule neuronale.

28 Korbinian Brodmann (1910) (neuro-psychiatre allemand) Montre que des aires différenciées sur le plan cellulaire (histologique) jouent des rôles différents sur le plan fonctionnel: aires auditives, aires de la motivation, aires de la compréhension etc…

29 Les neurosciences cognitives permettent de franchir les frontières entre des modèles simples (unicellulaires, paucicellulaires…) Et des modèles cérébraux plus intégrées

30 Alexander 1986 Les circuits cortico-sous-corticaux

31 Les connections du système limbique (régions CCA et COF) d après Tekin et Cummings J Psychosom Res 53 (2002)

32 Pallidum interne Substance noire COF CPFVM CPFDL CCA CPFDM STRUCTURES CORTICALES PREFRONTALES (CPF) CPFVL Aires ventromédiales (COF, CCA, CPFVM): développées précocément impliquées dans le contrôle des fonctions émotionnelles Aires ventrolatérales et dorsolatérales: (CPFVL et CPFDL) Impliquées dans les fonctions intellectuelles (mémoire de travail, attention, concentration) Et rôle de contrôle des émotions amygdale STRUCTURES SOUS-CORTICALES Diencéphaliques (amygdale, Noyaux gris centraux…. Role démergence des émotions CIRCUITS IMPLIQUES DANS LES TROUBLES AFFECTIFS

33 Un des objectifs des neuro-sciences cognitives : décliner les différents étages des fonctions émotionnelles et cognitives –Niveau moléculaire: neurobiologie –Niveau cellulaire: neurophysiologie –Niveau macroscopique: neuroanatomie structurale et fonctionnelle –Niveau pathologique: neuro-psychiatrie –Niveau individuel: psychologie; – Niveau Social : comportement de l espèce

34 Exemple dune fonction intellectuelle LA MEMOIRE « Vous devez commencer par perdre votre mémoire, ne serait-ce que par petits bouts, pour comprendre Quelle est ce qui constitue votre vie…Notre mémoire est notre cohérence, notre raison, nos sentiments, même nos actions. Sans elle, nous ne sommes rien … » Ensemble de systèmes cognitifs qui permettent le codage, le stockage et la récupération de l information Deux grands types de mémoire: -Mémoire à court terme : mémoire de travail (concentration, switch, plusieurs tâches à la fois): siège CPF Dorso latéral -Mémoire long terme: mémoire épisodique, celle des souvenirs

35 Niveau moléculaire de la mémoire Neurotransmetteurs: acetylcholine, Glutamate POTENTIALISATION À LONG TERME mécanisme permettant le renforcement durable des synapses entre deux neurones qui sont activés simultanément.

36 Niveau cellulaire de la mémoire sensible à lenvironnemment Cellules granulaires du gyrus denté de lhippocampe Neurone hippocampique de rat avant (A) et après (B) 3 semaines de stress répétés

37 Niveau cérébral de la mémoire épisodique neuroanatomie Perte de mémoire : Altération de lhippocampe Et du noyau de Meynert Hippocampe Noyau de Meynert

38 L Acquisition: processus d encodage et d enregistrement des informations en mémoire La Rétention:correspond à un stockage à plus ou moins long terme des informations Mémoire long terme La Restitution ou récupération: rémémorisation ou souvenir mais aussi à l inverse à l oubli Niveaux psychologiques cognitifs: processus psychiques contribuant à la transmission de l information 3 phénomènes:

39 Mémoire à court terme ou mémoire de travail: capacité limitée de stockage et oubli Fonction spécifique permettant de combiner des informations provenant d autres modules: processeur central activation de différents modules spécialisés (visuel ou sémantique) Siège : Cortex Prefrontal dorsolatéral capacité limitée : 7 le chiffre magique –capacité de mémorisation immédiate (7 ± 2) pour différentes informations sons, lettres, mots Système de capacité limitée destiné au maintien temporaire et à la réalisation de tâches cognitives diverses de compréhension, de raisonnement ou de résolution de problèmes Ex: calcul mental exigeant plusieurs calculs intermédiaires

40 Mémoire à long terme: Capacité immense et oubli progressif. Ensemble des connaissances et des savoir faire que nous avons acquis de manière durable Les souvenirs les plus variés sont stockés dans la mémoire à long terme: –ex: souvenirs d enfance, ce que l on sait sur la France, les tableaux de Van Gogh, des mélodies, des odeurs, des sensations tactiles, des mouvements, des saveurs Siège : lHippocampe en lien avec le Cortex Frontal

41 Trois formes de mémoire à long terme –Mémoire épisodique : permet à un sujet de se souvenir du passé (comment enfant, j ai nourri un lapin, mon séjour à Dijon, mon premier baiser etc..) (lobes frontaux + hippocampe) –Mémoire sémantique rend possible l acquisition et la rétention des connaissances générales sur le monde (cortex cérébral) connaissance sur les faits ex: les lapins sont des mammifères, Dijon est la capitale de Bourgogne - Mémoire procédurale : acquisition des habiletés perceptivo-motrices et cognitives, et conditionnement. Système dont les opérations s expriment essentiellement sous la forme d actions (rôle important des ganglions de la base, du cervelet, cortex frontal moteur) Ganglions de la base Connaissances déclaratives

42 Fonctionnement de la mémoire Entre la capture de l information sensorielle et le rappel des informations mémorisées, il y a transformation de l information: codage Les informations sont d abord codées au niveau des système sensoriels (ex: rétine, thalamus, cortex occipital pour vision). Le temps pendant lequel ces informations sont traitées correspond à une « mémoire »: ce sont les mémoires ou modules sensorielles

43 Le code imagé est le plus puissant La supériorité des images sur les mots (essor du cinéma, des bandes dessinées, de la télévision) Toutes les représentations imagées sont mieux mémorisées que les mots –encore mieux mémorisées si séquences des étapes de l action –capacité de stockage à long terme Récupération: Comme dans les ordinateurs, la récupération d une information nécessite qu elle soit retrouvé parmi des millions d informations: Intérêt de lordre donné au stockage et à lapprentissage, moyens mémotechniques, stratégies …

44 Le pendant de la mémoire: l oubli destruction de l information ou bien impossibilité à retrouver une information spécifique 3 étapes - encodage : transformation d une information en une représentation qui a un sens ou une valeur - consolidation: stockage dans le cerveau : hippocampe - récupération : activation des bons réseaux pour retrouver l information

45 Evaluation de la mémoire Test de Gröber et Buschke: liste répété à trois reprises (16 mots) (Rappel libre; rappel indicé) puis nouvel exercice à 20 minutes d intervalle 5 épreuves: 1. Encodage (liste de mots); 2 Rappel libre ; 3 Rappel indicé (catégories); 4 Reconnaissance (48 mots); 5 Rappel différé; - si trouble de l attention: amélioration des scores - si maladie d Alzheimer: perte des points

46 Evaluation de loubli: tâche de rappel différé d une liste de mots 1. Mauvais enregistrement de la liste lié à un trouble de l attention Pb d encodage: fatigue, stress, patients déprimés, effets secondaires des médicaments Résolution: l indicage (catégorie du mot) permet la restitution 2. Trouble de la mise en mémoire de la liste: pb de consolidation mauvais score en rappel indicé et rappel libre. Absence de stockage ex: maladie d Alzheimer 3. Pas de bonnes stratégies de recherche Troubles de la récupération vieillissement normal ou certaines maladies comme maladie de Parkinson

47 Niveau psychologique dé tude de la m é moire

48 Niveau pathologique: étude des démences r é duction acquise des capacit é s mn é siques suffisamment importante pour retentir sur la vie de la personne et entra î ner une perte d'autonomie. –Maladie d Alzheimer –D é mence Fronto-temporale –D é mences infectieuses etc …

49 Ex: La mémoire: phénomène social Les différentes catégories de mémoire sont étudiées depuis de nombreuses années : procédurale, sémantique, de travail etc. Pourtant, les chercheurs ignoraient jusqualors lexistence cérébrale dune forme de mémoire surprenante : la mémoire collective ! Le cerveau stocke les souvenirs des événements sociaux, essentiels à lidentité de chacun.

50 Exemple dune émotion: la peur Réaction très intense face à une situations d alarme, d urgence ou - aspect neurophysiologique : boule dans la gorge, oppression, stupeur, envie de fuir - aspect subjectif : le sentiment dappréhension

51 Niveau moléculaire de la peur: le rôle des neuromédiateurs : La noradrénaline, la sérotonine, la dopamine Role de neurotransmetteurs antagonistes: Le GABA a pour fonction naturelle de diminuer l'activité nerveuse des neurones sur lesquels il se fixe: neurotransmetteur inhibiteur Base des tranquilisants substance chimique libérée par un neurone au niveau d'une synapse, qui modifie, de manière spécifique, l'activité d'une autre cellule

52 Niveau cellulaire de la peur: cellules de lamygdale cérébrale le noyau latéral, semble constituer la porte d'entrée principale de cette structure. C'est par là qu'entre l'information avertissant de la présence d'un danger

53 Niveau cérébral de la peur neuroanatomie fonctionnelle L'amygdale est une partie du cerveau qui doit son nom à sa forme qui rappelle celle d'une amande. Elles sont situées tout près de l'hippocampe, L'amygdale est essentielle à notre capacité de ressentir et de percevoir chez les autres certaines émotions en lien avec le cortex prefrontal Cortex Pre Frontal

54 Différentes structures cérébrales impliquées dans la peur plusieurs inputs sensoriels convergent vers l'amygdale pour l'informer des dangers potentiels de son environnement. Cette information sensorielle lui parvient soit du thalamus soit des différents organes sensoriels L'amygdale reçoit aussi de nombreuses connexions de l'hippocampe. Celui-ci étant impliqué dans le stockage et la remémoration des souvenirs explicites ses connections à l amygdale peuvent être à l origine d une émotion déclenchée par un souvenir particulier

55 Le Circuit Physiologique de la Peur Hypothalamus Si vous êtes suivi dans la nuit par un individu à l'allure louche et que vous sentez votre cœur palpiter, il est fort probable que votre amygdale soit très active !

56 Niveau pathologique: neuro-psychiatrie Lésion de l Amygdale: Affect émoussé diminution du conditionnement à la peur Difficultés de reconnaissance d expressionsfaciales et vocales ( peur, colère)

57 Niveau pathologique: Psychiatrie anxiété pathologique: hyperactivité amygdalienne Cette hypothèse est renforcée par le fait que les médicaments utilisés pour diminuer l'anxiété comme le Valium se fixe sur le même récepteur que le GABA Ces médicaments appelés benzodiazépines aident le GABA à diminuer l activité nerveuse. Ces molécules contribuent à calmer le sujet souffrant d anxiété généralisée.

58 Niveau clinique: Peur incontrôlée (attaque de panique) Sentiment intense et massif perçu par celui qui léprouve mais aussi par lobservateur comme intolérable Traduction psychique prédominante avec modifications corporelles plus ou moins bien percues selon le niveau dintensité Retentissement moteur: agitation ou sidération

59 Tension normale Peurs invalidantes Quand la peur prend-elle une dimension pathologique ? Peur et Phobies (anticipation pessimiste) Lorsque la peur cesse de jouer son rôle adaptatif accentuant l inconfort de la personne: peur pathologique Stress aigu Etat de stress post-traumatique Attaque de panique TimiditéAnxiété sociale Phobie sociale

60 Niveau psychologique: « Tous les hommes ont peur. Tous. Celui qui na pas peur nest pas normal » (JP Sartre) Signal dalarme dont la fonction est dattirer notre attention sur un danger, pour nous permettre dy faire face. Ce signal dalarme peut être plus ou moins bien réglé. Peur: danger réel Angoisse: dangers imaginaires, voire sans objet « Vous marchez seul la nuit dans une forêt Avez-vous peur qu il y ait quelqu un ou qu il n y ait personne ? » « L enfant qui a peur du noir, a-t-il peur de des fantômes, des voleurs, de la mort ?» (A Comte Sponville, dictionnaire des termes philosophiques)

61 Ex: La peur: phénomène social La peur collective, phénomène phylogénétique Outil de propagande, des dictatures, La peur est une émotion forte et intense éprouvée en présence ou d'une menace réelle (ou imaginée) et immédiate. Elle provient d'un système qui détecte les dangers et produit des réponses qui augmentent nos chances de survie face à cette situation dangereuse. Elle génère une séquence comportementale défensive.

62 Différents champs dinvestigation pour les neurosciences cognitives: Intéractions nécessaires entre « basic scientists » et cliniciens perception attention langage contrôle moteur fonctions exécutives développement et plasticité spécialisation hémisphérique mémoire émotions et humeurs +++


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