+ Ingénierie des systèmes humains GTS501 – TP10 Objectifs de la séance : - Quiz 4 - Exercice sur le système nerveux central (SNC) - Retour sur les synapses chimiques - Révision sur le SNC - Applications d’ingénierie

Composition du système nerveux

Système Nerveux Central (SNC) Encéphale Moelle épinière Système Nerveux Périphérique (SNP) Tous les nerfs situés à l’extérieur du SNC Partie sensitive et motrice Ref.

Rôle : Orientation et coordination du corps Intégration des expériences (apprentissage) Programmation des comportements instinctifs Bien protégé par : Os (crâne et vertèbres) Méninges Liquide cérébro-spinal (céphalo-rachidien) Coupe du crâne Système Nerveux Central (SNC)

Moelle épinière Située dans le canal vertébral Segments 8 cervicaux 12 thoraciques 5 lombaires 5 sacraux 1 coccygien Transmet les informations du SNC au SNP et vice versa Werner, 2002

1. Télencéphale : 2 Hémisphères (83% masse cerveau) Coté gauche : reçoit les sensations et contrôle les mouvements du côté droit (et inversement), 2. Diencéphale : Thalamus : Relais de tous les influx sensoriels sauf odorat vers cortex Hypothalamus : principal centre de régulation des fonctions physiologiques, maintien de l’homéostasie Hypophyse : glande endocrine 3. Mésencéphale Lien entre les centres cérébraux inférieurs et supérieurs : permet adapter la motricité involontaire des yeux, tête, tronc aux informations en provenance de la vue et audition Cerveau – 5 régions

4. Métencéphale : Cervelet (11% masse cerveau) : Centre du contrôle moteur Règle tonus musculaire Maintient équilibre Synchronisation mouvement volontaire Pont : Lien entre les deux hémisphères Relais pour informations qui partent du cerveau pour se rendre au cervelet 5. Myélencéphale : Bulbe rachidien : Rattaché a la moelle épinière, substance blanche surtout Cerveau – 5 régions

Thalamus Hypothalamus Cervelet Moelle Pont Mésencéphale Bulbe rachidien (Myélencéphale) Cerveau – Vue latérale Tronc cérébral Diencéphale Cortex (Télencéphale) Bulbe olfactif

Nerf optique Mésencéphale Médulle (moelle) Pont Hypothalamus Bear, Connors, Paradiso Cerveau – vue ventrale

Bear, Connors, Paradiso Cerveau – Télencéphale Substance blanche  Constitué de : Substance grise

Bear, Connors, Paradiso Cerveau – Télencéphale  Constitué de : Ventricule latéral 3 e ventricule hypothalamus Cerveau antérieur thalamus

Bear, Connors, Paradiso Cf. os du crâneos du crâne Cerveau – Télencéphale Hémisphères cérébraux : cortex Sillon central Sillon pariéto- occipital Sillon latéral

Lobe frontal : Associé au raisonnement, à la planification, à la locution, au mouvement volontaire et aux émotions Lobe pariétal : Associé au mouvement, à l’orientation, à la reconnaissance et à la perception de stimuli Lobe temporal : Associé à la perception et à la reconnaissance de stimuli auditif, à la mémoire et à la locution Lobe occipital : Associé au traitement visuel Lobe insulaire : Associé au comportement (agressivité, peur, plaisir, …) Cerveau – Télencéphale

Cerveau – Télencéphale  Cortex Aires corticales

Marieb, 1999 Cortex moteur et somatosensoriel Somatotopie : Correspondance entre les parties du corps et la partie du cerveau qui la contrôle -> Homoncules Afférents Efférents

Homoncule : Cortex moteur et somatosensoriel

Résultat d’un impact direct peu important Affecte : Les transmissions neuronales Circulation sanguine Neurotransmetteurs Vidéo Commotion cérébrale

Capacité du cerveau (neurone) à se réorganiser en créant de nouvelles connections tout au long de la vie âge Bear, Connors, Paradiso Plasticité cérébrale/Neuroplasticité

Potentialisation à long terme (PLT) : Mécanisme sous-jacent de l’apprentissage et de la mémoire Augmentation de l’efficacité à long terme de la transmission synaptique entre 2 neurones stimulés simultanément, au niveau de l’hippocampe  Rend synapse plus efficace Assurée par la présence de récepteurs NMDA dans certaines synapses de l’hippocampe (N-méthyl-D-aspartate : canal ionique Ca 2+ )) Le changement est réversible à long terme Mécanisme de la plasticité

+ Applications d’ingénierie

Imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf)

IRMf Permet de visualiser les parties du cerveau qui s’activent lors de différentes tâches : Lorsqu’une partie du cerveau s’active, on y retrouve un accroissement du flux de sang Cette augmentation est accompagnée d’une augmentation taux de deoxyhémoglobine Cette réduction est visible sur une image IRMf (propriété magnétique) Une première image est prise au repos puis une série est prise avec stimuli/tâche Activation liée au stimuli = différence entre l’image au repos et les images avec stimuli

IRMf Utilise un appareil IRM traditionnel : Généralement avec appareil 3T Une image haute résolution (IRM) est prise pour situer l’anatomie Une série d’images basse résolution (IRMf) sont prises pendant une période d’environs 1 à 2 minutes La taille d’un voxel peut atteindre environs 1.5 mm 3

Mapping du cortex Autre méthode pour analyser fonctionnement du cortex : Le neurochirurgien identifie les régions du cortex avec des électrodes

Deep Brain Stimulation (DBS) Stimulation électrique des structures profondes du cerveau dans le but de pallier à un déficit moteur ou psychologique

Deep Brain Stimulation (DBS) Utiliser pour réduire les épisodes de tremblement chez les patients souffrant de parkinson Possible par la stimulation de certaines structures mages/sth-sn.gif

Deep Brain Stimulation (DBS) Vidéos : Durée : 0:19 Durée : 0:22 Durée : 0:13

Signaux du cortex moteur À l’aide d’électrodes placés dans le cortex moteur, mesures d’activité des neurones À l’aide d’une tâche pré- définie, correlation entre le déchargement des neurones, le mouvement et l’activité EMG Capable de prédire la direction et l’intensité du mouvement à l’aide de l’activité neuronale; (Moran et Schwartz 1999)

Signaux du cortex moteur Ces informations permettent de reproduire le mouvement à l’aide la « pensée » : Durée : 0:51

Applications d’ingénierie Ratbots : Rats télécommandés Implant stimule 3 régions : Moustache gauche Moustache droite Centre du plaisir (“feelgood”) Suivent ordres : Dressés à suivre les stimulations des moustaches à l’aide de récompenses sous forme de plaisir.

Questions?

Bibliographie Fimbel, Éric. Notes de cours SYS861, A04 Bear, Connors, Paradiso. Neuroscience, Exploring the brain. Wolpert, Ghahramani. Computational principles of mouvement neuroscience. Nature, 3, (2000). Moran, D.W., Schwartz, A.B., Motor Cortical representation of speed and direction during reaching., J. Neurophysiol. 82: 2676–2692, dq=plasticit%C3%A9&hl=fr#PPA71,M1 dq=plasticit%C3%A9&hl=fr#PPA71,M1 Grand dictionnaire terminologique lecerveau.mcgill.ca