Neurosciences - Psychologie Neuropsychologie et Cognition

Rosa Yssaad-Fesselier
Ph.D. Psychologie Cognitive
Psychologue. Neuropsychologue.
HCL
[email protected]
http://www.rosa-yssaad-fesselier.com
Neurosciences
Gazzaniga &
Miller. 1970
Neurosciences
• Neurosciences: ensemble de disciplines
étudiant les aspects normaux ou
pathologiques des neurones et du système
nerveux.
• Neurosciences domaine scientifique
hétérogène sciences biologiques, biochimie,
pharmacologie, anatomie … et sciences
médicales: neurologie, neuropsychologie,
psychiatrie.
• 1990: accroissement des connaissances.
Transformation du champ des neurosciences
• Apports de différentes disciplines, étude pluri-
et interdisciplinaire du système nerveux,
normal et pathologique
• Etude au niveau fonctionnement moléculaire
élémentaire et des fonctions intégrées les plus
élaborées : Emotions, Comportement,
Cognition, Psychologie.
Neurosciences
• L’histoire des Nces a été axée sur trois
thèmes:
• I. Esprit vs. Cerveau: (Unitaire/Dualisme)
L’esprit (cognition/comportement) et le
cerveau (substance physique) sont-ils séparés
(dualisme) ou sont-ils unifés (unitaire) ?
• II. Local ou global: Les neurones ont-ils des
fonctions spécifiques (Local) ou sont-il
indifférenciés, fonctionnent comme un tout
(holism/global)?
Neurosciences
 III. Nature de la communication
neuronale:
 L’esprit est-il crée par le cerveau?
 La conscience peut-elle se résumer aux
neurones?
 Existe-t-il un epsrit au delà des neurones?
 Débat d’actualité.
Esprit-Cerveau
Egypte
Cerveau en hiéroglyphe
• Egypte 1700 av. J-C
• Le premier document portant sur le cerveau,
son anatomie, ses méninges est écrit sur le
Edwin Smith Surgical papyrus. Peut-être écrit
par Imhotep.
• Le cerveau n’était pas préservé lors de la
momification. L'excérébration . Seul le cœur siège de la pensée et des sentiments - et les
reins sont remis en place après momification.
Egypte
• Le Edwin
Smith Papyrus
présente une
approche
rationnelle et
scientifique à
la médecine
• Ancienne Egypte: médecine et magie liées.
Esprit-Cerveau Grèce
 Platon 427-347 av. J-C : a crée l’Académie
d’Athènes qui était une école de grande
influence. Il pensait que le cerveau était le
siège des processus mentaux.
Esprit-Cerveau
Grèce
 Aristote 384-322 av. J-C : pensait que l’ésprit
avait son siège dans le coeur qui contient les
émotions et les pensées. Le cerveau jouait le
rôle de réfrigérateur pour le coeur. Il a réalisé
des dissections sur des animaux (la dissection
du corps humain était interdite).
Esprit-Cerveau
• Communication neuronale
• GALIEN 130-200 : était un excellent chirurgien.
Il pensait que le cerveau recevait l’information
sensorielle et était responsable du contrôle
moteur en utilisant les mécanismes de
l’énergie fluide.
Esprit-Cerveau
• Communication Neuronale:
• René Descartes :1596-1650 pensait que les
nerfs contenaient des “esprits animaux” qui
étaient responsables du flux de l’information
motrice et sensorielle dans le corps.
• Descartes dualiste: Esprit et corps: deux
entités différentes communiquant à travers la
glande pinéale (siège de l’âme).
EspritCerveau
 Fonctionnement de la glande pinéale.
Descartes, Traité de l'Homme (édition de 1664)
Esprit-Cerveau
 «
Les autres fonctions corporelles
s'expliquent, elles aussi, comme des suites de
ce «feu sans lumière» qui brûle
continuellement dans le cœur ; par exemple,
les parties «les plus agitées et les plus
pénétrantes» du sang chauffé par le cœur
composent les «esprits animaux», sorte de
flamme très pure et très vive qui, circulant à
l'intérieur des nerfs, vient produire les
mouvements des membres.» Méditations.
Descartes
 « De même, lorsque nous avons besoin de
boire, il naît de là une certaine sécheresse
dans le gosier, qui remue ses nerfs, et par leur
moyen les parties intérieures du cerveau ; et
ce mouvement fait ressentir à l’esprit le
sentiment de la soif, parce qu’en cette
occasion- là il n’y a rien qui nous soit plus utile
que de savoir que nous avons besoin de boire,
pour la conservation de notre santé – et ainsi
des autres. » René Descartes. Méditations
métaphysiques. (1641)
Communication Neuronale
 Age des lumières: 1700's début du 18 siècle,
établi que le système nerveux a une nature
électrique.
Communication
Neuronale
 Johannes Müller (1840) montre que, un nerf ne
donne lieu qu’à une seule sorte de sensation :
spécificité des nerfs.
 Les lésions d’un des deux hémisphères
laissaient intactes certaines perceptions
donc hypothèse que les deux hémisphères ne
sont pas le siège des mêmes fonctions :
dualisme fonctionnel qui remet en cause
l’unité de l’âme.
Communication Neuronale
 Johannes Müller vitaliste (s’oppose aux
mécanistes qui pensent que la vie peut se
ramener à des phénomènes physicochimiques)
 Phénomènes vitaux ne peuvent pas se
ramener à des phénomènes physiques. Force
vitale inexplicable selon les lois de la
physique.
 " La vie c’est l’ensemble des fonctions qui
résistent à la mort. "
Communication Neuronale
 Spécificité des nerfs ouvre la voie à la théorie
des localisations cérébrales
cerveau
composé de zones possédant des fonctions
particulières.
 Doctrine des énergies spécifiques aux nerfs.
Sensation différentes = énergies différentes
au niveau des nerfs. (Faux).
Localisationiste/Holistes
• Franz Joseph Gall (1758-1828) défenseur de la
localisation cérébrale. Fondateur de la
phrenologie. " le cerveau se compose d’autant
de systèmes particuliers qu’il exerce de fonctions
distinctes. "
• Le cerveau n’est pas un organe unique mais
composé d’un ensemble d’organes, chacun
correspondant à une faculté.
• Sa théorie fait scandale car elle remet en
question l’unité de l’âme.
Localisationiste/Holiste
• Gall médecin et neuroanatomiste autrichien,
n’était pas scientifique, car il n’a pas vérifié ses
opinions. Présentait sa théorie sous forme de
spéctacle.
• En utilisant une faculté plus fréquemment que
d’autres, on provoque le développement de l’aire
cérébrale correspondante. Donc augmentation
de la taille et formation d ‘une bosse sur la
paroie du crâne située au dessus.
• Le résultat le plus important de cette théorie et
qu’il a attiré l’attention sur le cortex cérébral.
• Johann Spurzheim 1776-1832 un autre
Phrénoloigste. Avec Gall, ils pensaient que
l’on peut déterminer les cactéristiques d’une
personne en analysant sa surface crânienne.
• Bosse
Fonction plus développée
Localisationiste/Holist
e
• Pierre Flourens 1794-1867. À partir de 1825 ,
ses travaux portent sur les effets de lésions
chirurgicales du système nerveux. Il a
montré que l’amplitude du désordre ne
dépendait pas de la localisation de la lésion,
mais de la quantité du cerveau lésé.
• Leader opposant à la théorie de localisation
C. Il refusait l’idée que le langage, la mémoire
fussent localisées dans des régions distinctes.
Localisationiste/Holiste
 Flourens a une vision holistique. L’ensemble
du cerveau est impliqué dans les
comportements.
 « Il n’y a pas donc de sièges divers pour les
diverses facultés, ni pous les diverses
sensations. La faculté de sentir, de juger, de
vouloir une chose, réside dans le même lieu que
celle d’en vouloir une autre, et
conséquemment, cette faculté, essentiellement
réside dans un seul organe. » Flourens, 1842.
Localisationiste/Holiste
• Son expertise lui vaut d'être appelé par
l’Académie des Sciences pour trancher le
débat, portant sur la phrénologie de Gall,
dont l’aspect scientifique est de plus en plus
contesté.
• l'Académie décide finalement de juger la
phrénologie comme infondée
scientifiquement.
Localisationiste
/Holiste
• J. Hughlings Jackson 1835-1911
• Crise épileptique progresse d’une partie à une
autre. Donc représentation ordonnée du
corps dans une région corticale du cerveau.
• Concept de topographie
• Retour à la vision localisationiste.
Localisationiste/Holiste
 J. Hughlings Jackson fut le premier à observer
qu’une lésion de l’HD perturbe davantage le
traitement visuo-spatial que la lésion de l’HG.
 Il remarque qu’il était rare que les patients
perdent complètement une fonction. S’ils
perdent le langage, il peuvent dire certaines
choses. Il en conclut qu’un comportement
donné fait appel à de nombreuses régions du
cerveau.
Localisationist
e/Holiste
• Pierre Paul Broca (1824-1880)
• Leader de la localisation fonctionnelle en
fonction des convolutions cérébrales.
• 1862, patient Tan-Tan suite à un AVC pouvait
comprendre le langage mais ne pouvait pas
parler.
Localisationiste/Holiste
 M. Leborgne qui n'était affecté d'aucune
paralysie des muscles bucco-phonateurs et qui
ne présentait aucun trouble de la compréhension
verbale, ne pouvait plus prononcer qu'une seule
syllabe : "tan" qu'il répétait généralement deux
fois, d'où son surnom dans l'hospice, "tan-tan".
 Broca pratiqua une autopsie du cerveau de
Leborgne et constata une importante lésion
syphilitique de l'hémisphère gauche au niveau du
lobe frontal. Cette aire portera son nom
La région frontale inférieure (aire de
Broca) est impliquée chez l'adulte dans la
production verbale.
Localisationist
e/Holiste
• Carl Wernicke 1848-1904 a montré un
patient ayant un profil similaire à celui de
tan-tan. Mais cette fois, le patient parle
beaucoup, mais le discours n’a pas de sens.
L’aire lésée est au niveau de l’HG, à la
rencontre du lobe temporal et lobe pariétal
postérieur.
• Cette conclusion a fait revivre la vision
localisationiste.
Localisationiste/
Holiste
• Gustav Fritsch. 1838-1907
• La stimulation électrique du cerveau des
chiens et grenouille a permi à Fritsch d’étayer
la localisation des fonction cérébrales.
• La stimulation de certaines aires provoquait
des mouvements au niveau du cou et des
pattes arrières.
Localisationiste
/Holiste
• Eduard Hitzig 1838-1927. A travaillé avec
Fritsch, il a montré qu’un courant éléctrique
appliqué au niveau du cerveau provoquait
des contractions musculaires.
• Conclusion: différentes régions =
différentes fonctions.
•
DONC Différents aspects au niveau
cellulaire
Localisationiste/Holiste
 Des neuroanatomistes allemands ont
commencé l’examination du cerveau au
microscope pour déterminer les types
cellulaires en fonction des régions.
 Brodman a utilisé la méthode de coloration
(Franz Nissl: coloration qui fait apparaître les
corps cellulaires des neurones et non leurs
prolongements). Il a pu visualiser les
différents types cellulaires des régions
cérébrales.
Localisationiste
/Holiste
• Korbinian Brodmann 1868-1918. Il a délimité
52 aires cérébrales.
• Il s’est appuyé sur le type de tissu et sur
l’histologie.
• La différence entre les cellule en fonction de
leur architecture cytoarchitectonique.
• Nouveaux arguments en faveur d’une vision
localisationiste.
Localisationiste/Holiste
• Les aires correspondent à l'organisation
structurale apparente du cortex (nombre de
couches, épaisseurs des couches, arborisation
dendritique etc.).
• Chaque région du cortex ayant la même
organisation cellulaire a un numéro allant de
1 à 52. Brodmann a également relié chacune
de ces 52 aires à une fonction propre.
Localisationiste/Holiste
Localisationiste/Holiste
Vue latérale de l’hémisphère gauche
Vue médiale de l’hémisphère droit
Localisationiste/Holiste
 A. 1,2,3 Cortex sensitif: Sensibilité
 Aires 4: cortex moteur: motricité
 A. 7: associative pariétale postérieures: Visuo-




motricité et perception
A. 17: aire visuelle primaire A. 18 aire visuelle
secondaire.
A. 41-42: auditive
A. 43 olfactive
A. 6 motrice
Localisationiste/Holiste
La révolution scientifique qui devait
transformer la façon de comprendre le système
nerveux se passait au sud. Italie et Espagne.
Localisationiste
/Holiste
• Communication neuronale: Camillo Golgi. Italie.
1843-1956
• Développement d’une coloration par
impregnation argentique de neurones individuels
qui permettait de visualiser l’ensemble du
neurone.
• Pour Golji, le cerveau est une masse continue qui
partage le même cytoplasme. Le cerveau est
syncytium: région de cytoplasme contenant
plusieurs noyaux. Fibres d’un réseau ininterrompu
Localisationiste
/Holiste
• C. Neuronale. Santiago Ramón Y Cajal. 1852-1934.
Espagne. Utilise la méthode de l’impregnation
argentique de Golji. Contrairement à Golji, il
affirme que les neurones sont des entités
discrètes, séparés par de fins espaces que
Sherrington nommera synapses.
• Il découvre:
• 1- Nature unitaire du Neurone.
• 2- Transmission des infos électriques dans un seul
sens : dentrites vers l’extrémité de l’axone.
Communication
neuronale
• Johannes Pukinje 1787-1869
• la couche des cellules de Purkinje : c'est une
monocouche de cellules à large cytoplasme
présentant des prolongements dendritiques
pediculés et qui s’étendent dans un seul plan
de l’espace.
Communication
neuronale
• Les cellules de Purkinje sont des neurones
GABAergiques du cx cérébelleux .
• Elles présentent un corps cellulaire piriforme
coiffé par une arborescence dendritique
parasagittale s'épanouissant par bifurcations
successives dans la couche moléculaire, et
émettent un axone descendant dans la
couche granulaire vers les noyaux cérébelleux
profonds.
cortex cérébelleux 3 couches c. : grains, C.
moléculaire et C. des cellules de Purkinje.
Cellule de Purkinje. Cerveau de souris. Image
microscope confocal.
Localisationiste
/Holiste
• K. S. Lashley 1890-1958. A tenté de découvrir le siège de
la mémoire. A cherché les composants neuronaux de la
mémoire (Engrammes). A travaillé sur les rats. Lésion
différents pourcentage du tissu cérébral des rats. Teste
sur un labyrithe qu’ils avaient appris au préalable.
• Résultat: une dégradation graduelle des performances.
Donc, l’engramme n’est pas une connexion spécifique,
mais la somme de plusieurs connexions.
• Retour à la vision holistique.
 Incision cérébrale sur des rats. Réalisées par
Lashley pour l’étude de la mémoire.
Localisationiste/H
oliste
• Wilder Penfield 1891-1976. Grand
neurochirurgien. Spécialisé dans l’épilepsie.
• En stimulant le Cx des patients a remarqué que la
stimulation de plusieurs cellules donnait un
résultat précis. (un patient dirait “grand mère”.)
D’où la cellule grand mère. "Grandmother cell“.
• Sa vision localisationiste a profondément
influencé la neurologie moderne et autres
champs scientifiques.
Localisationiste/Holiste
 Biologie de la mémoire. Patients opérés
rapportaient l'apparition de souvenirs lorsque
les lobes temporaux étaient stimulés
électriquement.
 Conclusion: souvenirs conservés dans des
endroits spécifiques du cerveau.
 Remise en question de la théorie de K.
Lashley : Souvenirs sont dispersés dans tout
le cortex.
Localisationiste/Holiste
 Stimulation électrique du cerveau permet
d'identifier les parties du cortex
consacrées
 aux sensations
 à la motricité, (Penfield 1937).
Homunculus sensitif de
Penfield
H. Moteur de Penfield
Localisationiste/Holiste
 Communication Neuronale.
 Epoque moderne: 2000- à nos jours
 La communication de neurones utilisant des
signaux électrique et chimiques est bien établie
et bien acceptée (la doctrine du neurone).
Localisationiste/Holiste
• Localisme et holisme extrêmes sont remplacés
par le connexionnisme.
• Les fonctions primaires (sensorielles, motrices)
sont très localisées. Au contraire, les fonctions de
plus haut niveau, telle la reconnaissance d’objet,
la mémoire, le langage, sont le résultat
d’interconnexions entre différentes aires du
cerveau.
• De plus, dans les aires où une fonction est
localisée, cette fonction est distribuée sur un
ensemble de neurones. Ainsi, il n’existe pas une
cellule Grand-mère.
Esprit/Cerveau
 Même si la majorité des neuroscientifiques
croient que l’esprit et le cerveau sont reliés
d’une certaine façon, plusieurs croient en
l’âme.
 Comment concilier ces façons de voir? Est-il
nécessaire de les réconcilier?
Localisationiste/Holiste
 IRM cérébrale fonctionnelle: enregistrement
des variations hémodynamiques (variation
des propriétés du flux sanguin) cérébrales
locales minimes, lorsque ces zones sont
stimulées.
 La localisation des zones cérébrales activées
Effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependant),
lié à l’aimantation de l’hémoglobine (globules
rouges).
Localisationiste/Holiste
 Expérience simple: Alterner entre des moments
où le sujet regarde un objet (30 sec.) et des
moments où il ferme les yeux (30sec.)
 Les données IRMf sont analysées pour identifier
les aires du cerveau où le signal de la raisonnance
magnétique s’ajuste au changement. Cette aire
est identifiée comme aire traitant cette info.
 Dans l’exemple suivant, il s’agit de l’aire visuelle
au niveau du lobe occipital.
Localisationiste/Holiste
 IRM Fonctionnelle
Présent/futur
• Chez des pianistes de haut niveau l’épaisseur de
certaines autoroutes de l’information est
directement liée à l’intensité de l’apprentissage.
• La réaction du cerveau à l’exercice –
l’épaississement des fibres par intensification
des connexions – est plus forte chez les plus
jeune. Les apprentis pianistes, 3 000 heures
d’exercices renforcent autant les fibres à 11 ans
que 40 000 heures à 17 ans.
• Chez les bébés, le câblage de l’hémisphère
gauche, est plus développé avant que l’enfant ne
parle, même s’il n’est pas encore fonctionnel
Localisationiste/Holiste
• L’imagerie médicale bénéficie depuis 20 ans des
exploits de l’Imagerie par Résonance Magnétique
(IRM)
• Augmentation de la puissance des champs
magnétiques permet d’approcher une anatomie très
fine et d’explorer in vivo des processus fonctionnels
hautement élaborés de notre cerveau.
Denis Le BIHAN en charge à NeuroSpin d’Orsay
d’un programme investiguant les possibilités
d’utiliser les très hautes champs magnétiques (>10
Tesla) pour la recherche biologiques et médicale.
Localisationiste/Holiste
Présent/futur
 Les atlas de la «connectique» cérébrale
ouvrent une autoroute pour explorer notre
organe central, pour de nouvelles
collaborations entre médecins, spécialistes de
la psychologie et neurobiologistes.
 Etablir un plan en 3D des fibres nerveuses.
Ces connexions sont fondamentales pour le
fonctionnement du cerveau.
Connectique
NeuroSpin
Présent/futur
 Avec NeuroSpin, il deviendra possible
d’observer avec une précision
moléculaire notre cerveau entre
autres, mais surtout de découvrir si un
« code neural » existe, dirigeant le
fonctionnement général de notre
cerveau.
Présent/futur
 le programme de modélisation du cerveau
(École polytechnique fédérale de Lausanne
(Suisse)), a reçu de la part de l'Union
européenne une dotation de plus de 1
milliard d'euros sur dix ans.
 Importance accordée à la compréhension
de cet organe qu’est le cerveau.
Présent/futur
 Peut-on un jour avoir accès à la
nature de l'information traitée par
les différentes régions de notre
cerveau?
 Accèderons-nous au contenu de la
pensée?
Brain Waves
identifying biomarkers for mental and other
neurological conditions using
electroencephalography (EEG).