METHODES D’ETUDE EN NEURO-PHYSIOLOGIE

APPROCHE ANATOMIQUE FONCTIONNELLE Apports de la phrénologie Il s’agit de déterminer les facultés d’un individu d’après la forme de son crâne. Elle a été fondée en 1795 par Franz Joseph Gall (Autrichien), anatomiste remarquable qui a montré pour la 1ère fois qu’il existait une continuité des voies (par la dissection anatomique). Ainsi, Gall a établi une théorie précise sur la localisation cérébrale des fonctions en s’appuyant sur plusieurs données : - la différence cerveau animal – cerveau humain : chez l’Homme, il y a un développement extra- ordinaire du cortex cérébral, c’est-à-dire des hémisphères cérébraux et non pas des structures de bas niveau (moelle épinière, tronc cérébral) : les fonctions sont situées dans les hémisphères cérébraux - sur la base de la psychiatrie, Gall a observé qu’à chaque maladie psychiatrique étaient associés des symptômes différents : localisation des fonctions sur le cortex mais localisation différente pour chaque fonction (aire spécifique) - mais la suite de la théorie de Gall répond moins à une logique : si une fonction est partiellement développée, la zone du cortex correspondant devait être tout aussi développé - d’après la théorie de Gall, pour déterminer les facultés intellectuelles, il faut palper la surface du crâne et de repérer des bosses qui correspondent à un développement plus important des zones corticales sous-jacentes et donc des facultés correspondantes : la crânoscopie permet de déterminer les qualités d’une personne à partir de ses bosses crâniennes

Apports de l’anatomie pathologique En 1861, Paul Broca présente le cas d’un malade décédé la veille dans son service : patient paralysé du côté droit avec des troubles de l’élocution verbale malgré une compréhension intacte : impossibilité de s’exprimer par le langage articulé = aphasie - Broca a observé la présence d’une lésion au niveau d’une circonvolution frontale de l’hémisphère gauche, sans atteinte visible de l’hémisphère gauche - les centres du langage sont situés dans cette circonvolution frontale gauche En 1865, nouveau cas clinique avec même lésion que le patient précédent, mais sur l’hémisphère droit, et sans troubles du langage, ce qui confirme que c’est dans le lobe frontal gauche que se trouve localisée la faculté du langage articulé. Il existe donc une localisation cérébrale des fonctions différente suivant les 2 hémisphères (confirmation de la théorie de Gall).

APPORT DE L’EXPERIMENTATION ANIMALE L’ablation Enlever totalement ou partiellement l’organe. Une des 1ères expérimentations a été pratiquée par un allemand, Munk (1870) : ablation du cortex visuel (aire primaire) chez le chien : - le chien ne devient pas aveugle, mais il souffre d’agnosie visuelle : il perd la signification des choses qui l’entourent ; après ré-apprentissage de la signification des objets, le chien est capable de reconnaître ces objets - pas de dégénérescence dans le cerveau : Munk parle de phénomène de « suppléance cérébrale », c’est-à-dire que d’autres structures fonctionnelles ont pris la relève des structures détruites La section Étudier la fonction d’une structure en sectionnant le passage de fibres nerveuses ascendantes ou descendantes.

La lésion La stimulation Faire disparaître une fonction. Au début, on réalisait des lésions électrolytiques dans les structures sous-corticales : 2 électrodes espacées de quelques mm avec un courant continu entre elles : les lésions obtenues permettent de savoir si une structure est impliquée dans tel ou tel comportement. Par exemple, lorsqu’on détruit les noyaux ventraux de l’hypothalamus, on provoque une hyperphagie ; en revanche, si on crée des lésions des aires latérales de l’hypothalamus, on provoque une aphagie et une adipsie (plus faim, plus soif). Le problème est que les lésions électrochimiques détruisent non seulement les corps cellulaires des zones lésées, mais aussi les fibres de passage : donc précision du test limitée. Depuis peu, on utilise les lésions chimiques : - substances qui ne détruisent que les corps cellulaires sans toucher aux voies de passage - permet d’attribuer un symptôme à la lésion d’une structure et non plus aux fibres de passage - aujourd’hui, on est en mesure d’aller encore plus loin, en ne détruisant que certaines catégories de neurones La stimulation Permet l’apparition d’une fonction. 1870 : on découvre que le cerveau est excitable : 2 allemands (G. Fritsch et E. Hitzig) ont stimulé les différentes régions du cortex d’un chien, et ont observé que les mouvements périphériques observés étaient dépendant de la structure stimulée : on parle alors de somatotopie.

APPLICATIONS CLINIQUES L’ablation La psychochirurgie est apparue dans les années 1940 : - son but = modifier le comportement humain par destruction ou ablation du tissu cérébral - application fréquente = ablation du cortex frontal et pré-frontal dans le cadre de psychose obsessionnelle grave et de douleurs irréductibles Problème : la douleur ne disparaissait pas, contrairement à ce que l’on attendait. La section La plus connue = lobotomie ou leucotomie : section des fibres qui vont du noyau thalamique dorso-médian au cortex frontal = détruire les cellules nerveuses du système limbique, centre des émotions. Problème : des résultats positifs sur des personnes présentant certains troubles (psychose, dépression), mais il y a de nombreuses complications = perte émotionnelle du raisonnement. La chirurgie = agressive ; elle a été vite abandonnée au profil des traitements médicamenteux.

La lésion Le but : traiter la maladie de Parkinson en détruisant en partie les noyaux ventraux du thalamus (noyaux moteurs du tremblement). Rappel : maladie de Parkinson = symptômes de 3 ordres - ralentissement moteur (bradykinésie) - difficulté à déclencher des mouvements volontaires (hypokinésie) - augmentation du tonus musculaire (rigidité) La maladie de Parkinson est liée à une lésion des neurones qui s’étendent du locus niger (substance noire) au noyau caudé (noyaux des ganglions de la base) (neuromédiateur : dopamine). Depuis, on utilise de nouvelles technologies : administration de L-DOPA, qui a montré des progrès spectaculaires, mais aux effets secondaires non négligeables : mouvements anormaux, hallucinations et détériorations intellectuelles. La maladie est effective quand un grand nombre de neurones utilisant la dopamine sont détruits : seuls 10 % de ces neurones suffisent à maintenir un fonctionnement normal de la voie allant de la substance noire au noyau caudé. Entre 20 et 60 ans, il y a une diminution de 40 % du nombre de ces neurones sans incidence sur le comportement : les neurones restants compensent en augmentant leur activité. Il existe de nouvelles techniques en stimulations électriques.

La stimulation Les stimulations électriques : dans le cadre de certaines douleurs irréductibles - stimulation des cordons postérieurs de la moelle épinière = diminution de la nociception - stimulation des structures sérotoninergiques du tronc cérébral = noyaux de Raphé : analgésie puissante, utile pour les opérations. Le problème est que ces noyaux se trouvent trop près des structures vitales : arrêt de cette technique. Les stimulations chimiques : on utilise différentes molécules - les agonistes = molécules qui miment, voire renforcent l’effet des neurotransmetteurs au niveau des récepteurs - les antagonistes = molécules qui bloquent le récepteur pour que le neurotransmetteur ne puisse pas se fixer dessus : observer l’effet de la non-intervention du neurotransmetteur sur le phénomène étudié - les agonistes inverses = molécules qui produisent les effets contraires de la molécule qui se fixe habituellement sur le récepteur

METHODES D’ETUDES ACTUELLES L’I.R.M. = Imagerie par Résonance Magnétique Elle fournit des images anatomiques avec précision d’environ 1mm, dans n’importe quel plan choisi (pas comme la radio). La T.E.P. = Tomographie par Émission de Positrons Après injection d’une solution radioactive par voie veineuse, elle permet de mesurer en temps réel les variations locales du débit sanguin et la consommation d’oxygène des structures nerveuses en activité (quand zone active : augmentation de la circulation et augmentation de la consommation de glucose).

L’I.R.M.f. = Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle Elle utilise les propriétés magnétiques de la désoxyhémoglobine : lorsque l’oxygène transporté dans le sang par l’hémoglobine (oxyhémoglobine) est fixé par le tissu cérébral, l’hémoglobine devient la désoxyhémoglobine, qui a des propriétés magnétiques différentes de l’oxyhémoglobine. De nos jours, par ordre croissant de complexité, les niveaux d’analyse sont définis de la façon suivante : - neurobiologie moléculaire : le cerveau est reconnu comme l’élément de matière le plus complexe de l’univers (exemple : étude des neurotransmetteurs) - neurobiologie cellulaire : étudie comment toutes ces molécules confèrent aux neurones ses propriétés particulières - neurosciences intégrées : les chercheurs étudient comment les différents circuits neuronaux analysent les informations sensorielles, élaborent la perception du monde extérieur - neurosciences comportementales : précise les bases des comportements - neurosciences cognitives : étude des mécanismes responsables des plus hauts niveaux de l’activité mentale chez l’Homme, tels que la conscience, les représentations mentales et le langage