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 minute ! 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.
Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses Ces nouveaux neurones, une fois à destination, vont créer des axones et former des connexions 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 Comment est-ce que les axones peuvent s’orienter ? - La bonne direction est donnée par l’environnement, comme des panneaux sur l’autoroute. - Les axones d’un même groupe de neurones voyagent ensemble (comme un banc de poisson) : Cela se nomme la fasciculation Chimioattractante Chimiorépulsive
Introduction Les connexions nerveuses
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. Yeux Thalamus Cortex Exemple : Sélection des neurones de la rétine.
Thalamus (corp géniculé latéral) Introduction Les connexions nerveuses Thalamus (corp géniculé latéral)
Thalamus (corps géniculé latéral) Introduction Les connexions nerveuses Thalamus (corps géniculé latéral)
Les connexions nerveuses Introduction Les connexions nerveuses Deux régles générales : 1/ Si l’axone et la cellule cible sont activés en même temps, il y a un renforcement de la synapse et sa conservation. REFORMULER -> Les axones travaillant ensemble sur une même cible s’auto-protégent. 2/ Si axone est actif mais qu’en même temps la cellule cible n’est que faiblement activée, la synapse n’est pas protégée 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 connexions (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 nouvelles 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 « rangé » dans 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 déclarative et non-déclarative Mémoire non déclarative Mémoire procédurale = mémoire des aptitudes (dribler, jouer du violon) - ce matin, j’ai bu du jus d’orange - Berlin est une capitale - le fado est un genre musical Les évènements et des faits Mémoire émotionelle = mémoire émotionelle (Serpent = danger) Le conditionnement = conditionnement (Sonnerie = je range mes affaires)
La durée de la mémoire La Mémoire Court terme : Long terme : plusieurs jours, mois ou années Court terme : Quelques minutes à plusieurs heures Mémoire de travail : Quelques secondes maximum 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 synapses et plus la mémoire persistera.
Principe de la consolidation La Mémoire Principe de la consolidation Information Court terme Consolidation Information Court terme Long terme
Localisation de la mémoire
Localisation de la mémoire Engramme = trace biologique de 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’impossibilité 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 antérieure au traumatisme Amnésie antérograde : impossibilité de stocker de nouvelles informations (ou alors très lentement) Comment expliquer cette différence entre deux amnésies ? -> Implication de différentes structures du cerveau
La localisation de la mémoire Les expériences chez les rongueurs : Karl Lashley (1920) Entrainement Lésions du cortex Mesure temps pour trouver la sortie - Lésions du cortex Mesure temps pour trouver la sortie Plus de temps pour trouver la sortie Mémoire court terme Font plus d’erreurs Mémoire long terme
La localisation de la mémoire Donald Hebb (1949) Montre l’importance de la notion de groupe de neurones. Quand une information arrive et qu’elle active un groupe de neurones, ceux-ci s’autoactivent et se renforcent mutuellement. La loi du plus fort (encore et toujours)
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 rétention de l’information visuelle Homme : le lobe temporal est un 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 il y a une tendance à développer une amnésie retrograde.
La localisation de la mémoire Concrètement ? Il y a plusieurs structures dans le lobe temporal, qui sont interconnectés. La structure clé est l’hippocampe. Hippocampe
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 Cortex Nouvelles synapses Stimulus Hippocampe Collecte les informations Traitement de l’information
La localisation de la mémoire Mémoire procédurale : les aptitudes Implication d’une nouvelle structure : le striatum Exemple : Lobotomie induit une anmésie pour la mémoire déclarative… Mais pas pour la mémoire procédurale… pourquoi ? Pas les mêmes structures du cerveau
La localisation de la mémoire Mémoire procédurale : Nouvelles synapses Stimulus Cortex Striatum Collecte les informations Traitement de l’information
La localisation de la mémoire Expériences avec les rats. Deux lésions Lésion de l’hippocampe (m. déclarative) Lésion du striatum (m. non déclarative) Deux tests - Piscine - Labyrinthe Mémoire déclarative Mémoire procédurale
La localisation de la mémoire Expériences avec les rats. Deux lésions Lésion de l’hippocampe (m. déclarative) Lésion du striatum (m. non déclarative) Deux tests Piscine Labyrinthe (nourriture une fois sur deux) Lésions Hippocampe Striatum Piscine Dégradation OK Labyrinthe
La localisation de la mémoire Mémoire de travail : vouée à disparaitre / temporaire Structure : hippocampus et thalamus cortex prefrontal (très developpé chez les humains!) Stimulus Cortex thalamus Cortex préfrontal Collecte info Traitement Mémorisation courte
La localisation de la mémoire Petite conclusion : Mémoire déclarative implique l’hippocampe Mémoire procédurale implique le striatum Deux mémoires, deux localisations.
La plasticité réparatrice
La plasticité réparatrice Il arrive que des connexions 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 Dégénération du striatum
La plasticité réparatrice Stratégies thérapeutiques - Bloquer la mort cellulaire : faire survivre les neurones un peu plus longtemps - Augmenter la plasticité pour re-connecter les zones endommagées Comment ? Les facteurs neurotrophiques
La plasticité réparatrice Empêcher la mort cellulaire des neurones Exemple de la sclérose latérale amyotrophique
La plasticité réparatrice Favoriser la plasticité neuronale (cerveau) Exemple de l’accident vasculaire cérébrale (mort de vastes zones du cerveau) Coupe de cerveau de rat (rose = tissu mort)
La plasticité réparatrice Favoriser la plasticité neuronale (cerveau) Exemple de l’accident vasculaire cérébrale (mort de vastes zones du cerveau) Avec facteur de croissance Sans facteur de croissance Rouge = nouvelle connexion Jaune = Nouveau neurone
La plasticité réparatrice Favoriser la plasticité neuronale (Moelle épinière) Exemple des lésions médulaires (tétra- 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’informations se bloque et la paralysie d’installe.
La plasticité réparatrice Favoriser la plasticité neuronale (Moelle épinière) Exemple des lésions médulaires (tétra- ou paraplégie) Mammifères sont incapable de régénérer leurs axones du système nerveux central. Les axones endommagés vont dégénérer (rétractation et destruction). Sans facteur de croissance Avec facteur de croissance From Pitzer et al. 2010 J Neurochem
Conclusions générales La plasticité : - correspond à la formation de nouvelles connexions entre les neurones - elle est controlée et 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 espoirs existent !