La plasticité cérébrale Semaine du cerveau 2010 La plasticité cérébrale

Sommaire Semaine du cerveau 2010 Introduction La formation du système nerveux Les connexions nerveuses La plasticité Rôle Les différentes mémoires Localisation des mémoires La plasticité réparatrice chez les mammifères

La formation du système nerveux à la naissance Introduction La formation du système nerveux à la naissance Le cerveau se forme durant le développement du fœtus et après la naissance, avec la formation de 250,000 neurones par minutes ! Cellule souche Cellule en cours de différenciation Neurone Oligodendrocyte Astrocyte

La formation du système nerveux à la naissance Introduction La formation du système nerveux à la naissance Ces neurones se divisent dans une région particulière du cerveau ( la zone ventriculaire) et vont après migrer vers leurs destinations finales. http://www.youtube.com/watch?v=4TwluFDtvvY&feature=related

Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses Ces nouveaux neurones, une fois arrivé à destination, vont créer des axones et former des connections avec d’autres neurones, parfois lointains (plusieurs dizaines de centimètres). Tout cela se passe en trois étapes : - Créer un axone - Le guider jusqu’à la cible - Former une synapse

Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses http://www.youtube.com/watch?v=n_9YTeEHp1E

Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses Comment est ce que les axones peuvent s’orienter ? - Les axones d’un même groupe de neurones voyagent ensemble (comme un banc de poisson) : Cela se nomme la fasciculationla fasciculation - La bonne direction est donnée par l’environnement, comme des panneaux sur l’autoroute. Chimiorepulsive Chimioattratant

Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses Comment former une synapse une fois arrivé à destination ?? - Contact axone avec neurone cible - Axone va relacher des molécules précises (ex. agrin), qui vont “activer” le neurone cible En réponse, le neurone cible va produire et envoyer à la membrane de nouveaux récepteurs (pour les neurotransmetteurs) Maturation de la synapse (finalisation) Les synapses sont parfois temporaires. Il y a formation de nouvelles et destruction d’anciennes : il s’agit de la plasticité

Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses L’existance d’une synapse dépend de son utilité : sélection naturelle. Ce qui est inutile meurt. Le réarrangement des synapses est directement lié à l’activité neuronale. Exemple : Sélection des neurones de la rétine. Yeux Thalamus Cortex

Thalamus (corp géniculé latéral) Introduction Les connexions nerveuses Thalamus (corp géniculé latéral)

Thalamus (corp géniculé latéral) Introduction Les connexions nerveuses Thalamus (corp géniculé latéral)

Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses Deux régles générales : 1/ Si axone est actif en même temps que la cellule cible est fortement activé, il y a un renforcement de la synapse et sa conservation. -> Les axones travaillant ensemble sur une même cibles s’auto-protégent. 2/ Si axone est actif mais qu’en même temps la cellule cible n’est que faiblement activé, la synapse n’est pas protégé et va se dégrader Principe de la plasticité synaptique !! La loi du plus fort

Introduction La formation du système nerveux Les connexions nerveuses La plasticité Rôle Les différentes mémoires Localisation des mémoires La plasticité réparatrice chez les mammifères

Le rôle de la plasticité

La plasticité Rôle de la plasticité La plasticité neuronale correspond aux modifications ayant lieu dans le système nerveux central et plus particulièrement dans le cerveau. Ces modifications permettent l’établissement de nouvelles connections (synapses) entre les neurones. C’est un évenement normal qui se produit continuellement tout au long de la vie. La plasticité intervient dans une multitude de fonctions, tels que l’apprentissage, la mémoire, la réparation de dommages...

La plasticité Rôle de la plasticité La majeure partie des neurones sont formés durant l’enfance. Le problème : un neurone a un seul axone. Comment créer de nouveaux branchements si on a pas plus de neurones ni d’axones ? -> Former nouvelles synapses à partir du même axone ! On augmente les branchements

La mémoire

La plasticité La plasticité classique : La mémoire L’apprentissage = acquisition de nouvelle informations ou connaissances. Mémoire = rétention de l’information acquise: Le cerveau humain apprend et retient beaucoup d’informations, diverses et variées. Chaque type d’information est « rangée » à une zone particulière du cerveau. Parmi les différentes sortes de mémoires, il faut distinguer : - la mémoire déclarative et non-déclarative - la mémoire à long ou court terme

La Mémoire Mémoire déclarative = mémoire des évènements et des faits Exemple : ce matin, j’ai bu du jus d’orange la capitale de l’allemande est Berlin le fado est une genre musical

La Mémoire Mémoire non déclarative = le reste…tels que : o la mémoire procédural = mémoire des aptitudes comment dribler au foot, comment joueur au violon, rouler à vélo… o la mémoire émotionelle Serpent = danger ; steack juteux = miam ; ….. o le conditionnement Sonnerie du lycée = je range mes affaires ….

La Mémoire La mémoire court ou long terme Long terme : plusieurs jours, mois ou années Ex. Les notions que je vous présente (du moins, je l’espère…) Court terme : quelques minutes à plusieurs heures Ex. Les mots précis que j’utilise en ce moment Mémoire de travail : Quelques secondes maximum Ex. Numéro de portable d’un nouvel ami; un résultat intermédiaire d’un calcul mathématique La différence majeure entre ces mémoires se nomme la consolidation de l’information (cf. la loi du plus fort). Plus l’information est forte, plus il y aura de synapse et plus la mémoire persistera.

La Mémoire Principe de la consolidation Court terme : quelques minutes à plusieurs heures Ex. Les mots précis que j’utilise en ce moment Long terme : plusieurs jours, mois ou années Ex. Les notions que je vous présente (du moins, je l’espère…) Consolidation Information Court terme Long terme

Localisation de la mémoire

Localisation de la mémoire Ou se trouve la mémoire ? Expérimentation scientifique et l’étude des maladies permet d’apporter des réponses

Localisation des Mémoire Localisation de la mémoire : exemple de l’amnésie Amnésie = perte sérieuse de la mémoire et/où l’impossiblité de mémoriser de nouvelles informations. Origines peuvent être multiples : alcoolisme, tumeur cérébrale, attaque cérébrale, maladie d’Alzheimer, ...

Localisation des Mémoire Localisation de la mémoire : exemple de l’amnésie Deux grands types d’amnésie : Amnésie rétrograde : perte de mémoire antérieur au traumatisme Amnésie antérograde : impossiblité de stocker de nouvelles informations (ou alors très lentement) Une amnésie temporaire peut résulter d’une diminution du flux sanguins au niveau du cerveau. Comment expliquer cette différence entre deux amnésies ?

La localisation de la mémoire Les expériences chez les rongueurs : Karl Lashley Description expérience Montre l’importance du cortex dans l’apprentissage et la rétention d’information

La localisation de la mémoire Les expériences chez les rongueurs : Donald Hebb Description expérience Montre l’importance de groupe de neurons. Un stimulus active un groupe particulier de neurones -> plasticité entre des groupes de neurones

La localisation de la mémoire Les expériences chez les primates et les hommes : - Macaque : le neocortex est le lieu de traitement de l’information et la retention de l’information visuelle Homme : le lobe temporal est une des sièges de la mémoire. Stimulation électrique (lors de crise d’épilepsie) produit des flashbacks … Cependant, la mémoire est complexe : si le lobe temporal est endommagé, la mémoire ne s’efface pas totalement… Exemple : lobotomie Pas d’effet sur la perception, l’intelligence ou la personnalité du patient mais a developper une amnésie retrograde.

La localisation de la mémoire Concrétement ? Il y a plusieurs structures dans le lobe temporal, qui sont interconnecté. La structure clé est l’hippocampe. Stimulus Cortex Hippocampe Thalamus

La localisation de la mémoire Concretement ? Il y a plusieurs structures dans le lobe temporal, qui sont interconnecté. La structure clé est l’hippocampe. Mémoire déclarative : les évenements Stimulus Cortex Hippocampe Thalamus Consolidation Reconnaissance Et traitement Collecte info

La localisation de la mémoire Mémoire procédurale : les aptitudes Implication d’une nouvelle strucuture : le striatum Exemple d’Avant : lobotomie induit une anmésie pour la mémoire déclarative… Mais pas pour la mémoire procédurale… pourquoi ? Pas les même structure du cerveau

La localisation de la mémoire Mémoire procédurale : Stimulus Cortex Striatum Cortex motor Traitement Collecte info effet

La localisation de la mémoire Mémoire procédurale : les aptitudes Exemple avec les rats. Deux lésions Lésion de l’hippocampe (m. déclarative) Lésion du striatum (m. non déclarative) Deux tests Labyrinthe Plusieurs chambres avec ou sans lumière (lumière = nourriture) Lésions Hippocampe Striatum Labyrinthe Dégradation OK Lumière

La localisation de la mémoire Mémoire de travail : voué à disparaitre Structure : hippocampe cortex prefrontal (très developper chez les humains!) Stimulus Cortex thalamus Cortex préfrontal Collecte info Traitement Mémorisation courte

La localisation de la mémoire Petite conclusion ; Hippocampe est lié à la mémoire déclarative Striatum est lié à la mémoire procédurale Deux mémoires, deux localisations.

La plasticité réparatrice

La plasticité réparatrice Il arrive que des connections soient détruites ( axones et/ou neurones) Il y a de nombreuses maladies affectant le système nerveux et notre cerveau y réagit avec ses propres moyens Des exemples ???

La plasticité réparatrice Il arrive que des connections soient détruites ( axones et/ou neurones) Il y a de nombreuses maladies affectant le système nerveux et notre cerveau y réagit avec ses propres moyens Maladie d’Alzheimer Dégénération progressive du cerveau (lobe temporal….) Maladie de Parkinson Dégénération progressive du cerveau (tronc cérébral….) Attaque cérébrale Mort subite de neurones (asphyxie par manque de sang) Sclérose en plaque Maladie immunitaire détruisant les nerfs. Lésion médulaire Destruction de neurones par choc mécanique Maladie Huntington Dég´nération du striatum

La plasticité réparatrice Exemple de l’accident vasculaire cérébrale Il s’agit de mort de neurone après l’occlusion d’une artère cérébrale. Les neurones sont privés ed glucose et d’oxygène et vont mourir (ils se suicident = apoptose). Coupe de cerveau de rat (rose = tissu mort)

La plasticité réparatrice Stratégie thérapeutique - Bloquer la mort cellulaire : faire survivre les neurones un peu plus longtemps - Augmenter la plasticité normale pour re-connecter les zones endommagé -> Utiliser les facteurs de croissances du système nerveux

La plasticité réparatrice Effet sur la plasticité Schneider et al. 2005 JCI

La plasticité réparatrice Effet sur les performances motrices From Schneider et al. 2005 JCI

La plasticité réparatrice Exemple des lésions médulaires = tétraplégie ou paraplégie La moelle épinière permet au cerveau de communiquer avec le reste du corps. Le cerveau donne ses ordres à la moelle épinière, qui va transmettre l’information aux organes, via les nerfs. Si la moelle est sectionnée (accident de voiture, chute, …), la transmission d’information se bloque et la paralysie d’installe.

La plasticité réparatrice Contrairement aux amphibiens, les mammifères ne sont pas capable de régénérer les axones du système nerveux centrals (leur environnement bloque leur croissance). Les axones endommagés vont se rétracter et se détruire. Stratégie : Empêcher cette rétraction et favoriser la formation de nouvelle synapse et augmenter la plasticité Sans facteur de croissance Avec facteur de croissance From Pitzer et al. 2010 J Neurochem

La plasticité réparatrice Exemple des dommages des nerfs Contrairement au CNS, les axones du système nerveux périphérique peuvent se régénérer car l’environnement est différent. La régénération prend cependant du temps (2mm par jours !!!). Il est possible d’accèlerer cette croissance.

Conclusions générales La plasticité : - correspond à la formation de nouvelles connections entre les neurones - elle est spécifique pour chaque cellules (il n’y a pas de hasard!) - est impliqué dans les fonctions essentielles du cerveau * l’apprentissage * la mémoire * la réparation du cerveau, de la moelle épinière et des nerfs - les traitements sont encore en phase de developpement, mais de gros espoir existent !