Synaptogene`ses normales, pathologiques et amendables

NEUROSCIENCES / NEUROSCIENCES
Synaptogene
`ses normales, pathologiques
et amendables dans le cortex ce
´re ´bral
J.-P. Bourgeois
CNRS URA2182 « Ge
`ne, synapse et cognition », laboratoire de ge ´ne ´tique humaine et fonctions cognitives,
de
´partement des neurosciences, Institut Pasteur, 25, rue du Docteur-Roux, F-75724 Paris cedex 15, France
Re
´sume ´:Dans le cortex ce
´re ´bral, les diverses phases des
synaptogene
`ses coı
¨ncident avec les e
´tapes majeures des
maturations des fonctions sensorielles, motrices et
cognitives. L’e
´volution du cortex ce ´re ´bral, pendant
300 millions d’anne
´es, a se ´lectionne ´des re ´seaux de
ge
`nes contro ˆlant le de ´veloppement robuste des re ´seaux
synaptiques, tout en permettant a
`l’environnement de les
raffiner en permanence, dans une fene
ˆtredevariabilite ´
elle-me
ˆme contro ˆle ´ege ´ne ´tiquement. L’inscription e ´pige ´-
ne
´tiquepermanentedel’histoiredel’individudans
l’affinage final de ses circuits synaptiques dure toute la
vie, avec un effet maximum pendant les pe
´riodes
critiques du de
´veloppement. Cette « ouverture e ´pige ´ne ´-
tique » de l’histoire individuelle, maximale dans le cortex
humain,estlasourcedelatre
`sgrandecre ´ativite
´
cognitiveetculturelledenotreespe
`ce, et peut-e ˆtre
aussi de ses fragilite
´s psychiques. Le se ´quenc¸age et
l’analyse du ge
´nome humain montrent que des ensem-
bles de mutations affectant les voies de signalisations
synaptiques sont associe
´sa `des maladies psychiatriques.
Les neurobiologistes savent manipuler l’ouverture et la
fermeture des pe
´riodes critiques de synaptogene `se au
cours du de
´veloppement et commencent a `le faire aussi
dans le cortex ce
´re ´bral adulte. Ces manipulations
e
´pige ´ne ´tiques des synapses pourront-elles « re ´parer »
les circuits synaptiques pathologiquement alte
´re ´s?
Mots cle
´s:Cortex ce
´re ´bral – Synaptogene `ses – Pathologies
synaptiques – Plasticite
´
Normal, pathological and mendable synaptogenesis
in the cerebral cortex
Abstract: In the cerebral cortex, different phases of
synaptogenesis coincide with the main maturation stages
of sensory, motor, and cognitive abilities. Early in
development, synapses are generated and differentiated
under the control of robust mechanisms governed by
genes. Then, during multiple critical periods, extending
from the end of gestation to the end of puberty, the way
in which the synaptic structure develops is highly
dependent upon the quality of the environment. The
duration of these critical periods increases significantly
through evolution. This ‘‘epigenetic opening’’ of synap-
togenesis to the environment is maximal in the human
cerebral cortex. It is the source of the exceptional
cognitive adaptability and cultural creativity of our
species. It is also, possibly, one of our multiple
psychological fragilities. Analysis of the human genome
reveals that mutations in genes related to synaptic
structure and signalisation are linked to many psychia-
tric disorders. Neurobiologists are able to manipulate the
critical periods of synaptogenesis during development
and have begun to do so in the adult cerebral cortex.
These epigenetic manipulations might allow us to
restore synaptic plasticity and, potentially, repair the
disorganised synaptic circuits observed in psychiatric
pathologies. You said epigenetic manipulations?
Keywords: Cerebral cortex – Synaptogenesis – Synaptic
pathologies – Plasticity
Introduction
Les fonctions sensorielles, motrices et cognitives du
cortex ce
´re ´bral humain sont les sources de nos appren-
tissages et de nos productions culturelles. Elles sont
serviespardesme
´canismes intrique ´setorganise ´s
hie
´rarchiquement, depuis le niveau mole ´culaire jus-
qu’aux niveaux des re
´seauxdeglies,deneuroneset
d’aires corticales. Au XIX
e
sie
`cle, Santiago Ramo ´nyCajal
et ses successeurs, au XX
e
sie
`cle, nous ont montre ´la
superbe organisation ge
´ome ´trique du cortex ce ´re ´bral. En
ce XXI
e
sie
`cle, la neuro-anatomie, enrichie par la
ge
´ne ´tique mole ´culaire, la neurophysiologie et les nou-
velles me
´thodes d’imagerie a `haute re ´solution, remet au
gou
ˆtdujourl’e
´tude de l’organisation synaptique tre `s
riche et tre
`sfineducortexce ´re ´bral, ce que l’on nomme
Correspondance : [e-mail]
Psychiatr Sci Hum Neurosci (2008) 6: 1–13
©Springer 2008
DOI 10.1007/s11836-008-0065-z

pour simplifier la synapto-architectonie. Le de
´veloppe-
ment de cette synapto-architectonie coı
¨ncideavecle
de
´veloppement des fonctions ce ´re ´brales et ses alte ´rations
coı
¨ncident aussi avec les pathologies mentales. La
distribution topologique des synapses n’est pas le tout
des fonctions corticales, mais la fiabilite
´de celles-ci
repose autant sur la finesse ge
´ome ´trique des circuits
synaptiques que sur leur pre
´cision physiologique et
pharmacologique. Quelques aspects de cette synapto-
architectonie corticale sont e
´voque ´sbrie `vement ici.
Circuits corticaux
Le ca
ˆblage cortical est compact. Dans 1 mm
3
de cortex
ce
´re ´bral de souris adulte, on de ´nombre environ 90 000 cel-
lules neuronales, 460 m de fines branches dendritiques et
3a
`4 km de fines branches axonales interconnecte ´spar
300 a
`600 millions de contacts synaptiques [12]. Les circuits
synaptiques sont topologiquement spe
´cifiques. Les neuro-
nes sont des cellules comme les autres avec, ne
´anmoins,
ce « petit plus » que leur confe
`rent les organisations
ge
´ome ´triques et fonctionnelles extre ˆmement riches et
diversifie
´es de leurs arbres axonaux et dendritiques. Par
ces extensions, la surface cellulaire neuronale totale peut
e
ˆtre jusqu’a `100 000 fois plus grande que celle d’un
lymphocyte. Les synapses ne couvrent qu’un tre
`s faible
pourcentage de la surface cellulaire des neurones corticaux,
mais leur distribution topologique dans les arbres axonaux
et dendritiques est spe
´cifique et pre ´cise [38]. Cette synapto-
architectonie pre
´cise confe `re au cortex ce ´re ´bral ses
nombreuses aptitudes fonctionnelles a
`extraire ou a `
combiner les divers signaux circulant dans ses re
´seaux
(potentiels d’action et transmissions synaptiques). Le
cortex ce
´re ´bral est essentiellement connecte ´sur lui-me ˆme
[9]. Il compare le flux constant des signaux repre
´sentant les
environnements qu’il traverse avec les traces repre
´sentant
l’histoire de l’individu dans ses environnements successifs.
Chez les primates, les trois coups des neurogene
`ses,
hodogene
`ses et synaptogene `ses ouvrent le the ´a ˆtre
cortical bien avant la naissance [9,10]. Les neurogene
`ses
commencent a
`un a ˆge postconceptionnel contro ˆle
´
ge
´ne ´tiquement : 11 jours de vie embryonnaire (E11)
chez la souris, E40 chez le macaque et E43 chez
l’homme. D’autres ge
`nes en contro ˆlent la dure ´een
re
´gulantlenombredescyclesmitotiques(11cycles
chez la souris, 18 chez le macaque et peut-e
ˆtre 28 chez
l’homme). Les hodogene
`ses sont les mises en place des
grandes voies de projections axonales intrahe
´misphe ´ri-
ques, interhe
´misphe ´riques et sous-corticales. Diffe ´rents
ensembles de ge
`nes, active ´sa `diffe ´rents temps dans
diffe
´rents territoires du cerveau, stimulent la croissance
et orientent la navigation des axones vers leurs cibles
dans lesquelles ils de
´ploient leurs arborisations. Les
positions, surfaces et contours des aires corticales sont
de
´termine ´sge ´ne ´tiquement, mais les champs morphoge ´-
ne
´tiques [23] a `l’origine de ces organisations sont
modulables expe
´rimentalement pendant le de ´veloppe-
ment. Ils le sont aussi naturellement au cours de
l’e
´volution, ce qui explique que les positions, contours
et topographies de ces aires corticales pre
´sentent une tre `s
grande variabilite
´entre les diverses espe `ces de mammi-
fe
`res. La variabilite ´interindividuelle est aussi tre `sgrande
chez les primates. Les synaptogene
`ses « ouvrent » les
circuits neuronaux a
`l’histoire de l’environnement en les
affinant. Elles sont de
´crites plus en de ´tail ci-dessous.
Synaptogene
`ses
Chaque contact synaptique ou synapse est le lieu
morphologique d’apposition entre deux domaines sub-
cellulaires de neurones distincts, caracte
´rise ´par des
asyme
´tries de structures et de fonctions. Chaque synapse
est une structure subcellulaire de 0,1 a
`0,6 mmdediame `tre,
constitue
´e de milliers de mole ´cules tre `s diverses assem-
ble
´es en structures macromole ´culaires. Dans le cortex
ce
´re ´bral humain, les neurones ont une dure ´e de vie
e
´gale a `celle de l’e ˆtre humain [5]. Par contre, nous ne
connaissons pas encore la longe
´vite ´d’une synapse : des
mois ? Des anne
´es ? Stable morphologiquement, la
synapse a une microphysiologie tre
`sdynamique,
pouvant re
´agir dans des temps courts de l’ordre de la
milliseconde. Chaque synapse, via des cascades de
messagers cytoplasmiques, est ligue
´ea `un ensemble de
ge
`nes [10]. De ce fait, elle est un lieu d’articulation entre
deux ensembles de contraintes : d’une part, les contrain-
tes lie
´es aux re ´gulations ge ´ne ´tiques et me ´taboliques
intracellulaires ; d’autre part, les contraintes fonctionnel-
les lie
´es a `l’activite ´e ´voque ´e (les potentiels d’action et les
transmissions synaptiques) circulant a
`chaque instant
dans les re
´seaux neuronosynaptiques. Cette activite ´
e
´voque ´e repre
´sente les stimuli du monde exte ´rieur au
cortex ce
´re ´bral, ainsi que les repre ´sentations ante ´rieures
de l’environnement et des e
´le ´ments culturels pendant
toute la vie.
La synaptogene
`se, c’est l’assemblage des prote ´ines
cytosquelettiques synaptiques, des nombreuses mole
´cu-
les d’adhe
´sion intercellulaire, des assortiments
d’enzymes, des re
´cepteurs pharmacologiques ionotropi-
ques et me
´tabotropiques, des multiples canaux ioniques,
formant une synapse comple
`te et fonctionnelle. Cet
assemblage prend environ 45 a
`60minutesinvitro.Les
synaptogene
`ses in vivo, ce sont les cine ´tiques d’accumu-
lation des nombreux ensembles de synapses. Les e
´tudes
quantitatives effectue
´es dans le cortex ce ´re ´bral des
primates et des rongeurs montrent que les synaptoge-
ne
`sescommencentpeudetempsapre `s la conception, ont
lieu pendant toute la vie et sont complexes. Chez
l’homme, la synaptogene
`se de ´bute encore plus to ˆt,
proportionnellement, dans la vie embryonnaire et
pre
´sente une plus grande extension dans le temps. La
cine
´tique des synaptogene `ses comporte plusieurs phases
distinctes sche
´matise ´es dans la Fig. 1.
2

Vie pre
´coce des synapses
La phase 1 a lieu dans le protocortex embryonnaire. Au
microscope e
´lectronique, des synapses sont observables
de
`ssixa `huit semaines de vie embryonnaire dans le
cortex ce
´re ´bral du macaque (gestation de 165 jours [6])
et de l’homme (gestation de 280 jours [40]). La phase 2 a
lieu dans le cortex embryonnaire. Elle commencerait
vers 12 a
`17 semaines [40]. Ce de ´veloppement pre ´coce du
cortex ce
´re ´bral est contro ˆle ´par des ge `nes de de ´veloppe-
ment inde
´pendamment des interactions avec le monde
exte
´rieur au cortex. Le cortex ce ´re ´bral fœtal produit de ´ja `
spontane
´ment de l’activite ´e ´lectrophysiologique. Cette
activite
´spontane ´e, propage ´e via des jonctions intercel-
lulaires et les premie
`ressynapsesforme ´es, participe a `la
formation des re
´seaux neuronosynaptiques.
«Bigbang»synaptiquepe
´rinatal
La phase 3 de la synaptogene
`se, dans le cortex du singe
macaque, commence deux mois avant la naissance et se
termine deux mois apre
`s. Dans le cortex humain, des
quantifications moins pre
´cises sugge `rent que la phase 3
commence vers la moitie
´de la gestation (20 a `
24 semaines) et se termine vers deux a
`trois ans [21].
C’est une phase de production massive des contacts
synaptiques. Des centaines de millions de synapses
apparaissent a
`chaque seconde dans l’ensemble du cortex
humain. Ces valeurs ne repre
´sentent qu’une petite
fraction des e
´ve ´nements extre ˆmement dynamiques,
pre
´ce ´dant la formation de chaque synapse. Les branches
axonales et dendritiques en croissance rapide explorent
constamment leur environnement tissulaire en y e
´met-
tant de tre
`s nombreux prolongements cellulaires, des
filopodia, tre
`sfins,tre `slongs,tre `s mobiles. Ces filopodia
se « palpent » entre eux et, selon leurs affinite
´s
cyotologiques, forment des protosynapses puis des
synapses matures ou bien se re
´tractent rapidement.
Diverses mole
´cules d’adhe ´sion cellulaire, des facteurs
trophiques, des neurotransmetteurs, des neuromodula-
teurs et l’activite
´spontane ´eparticipenta `ces interactions
cellulaires tre
`s fugaces mais essentielles.
Les premie
`res phases des synaptogene `ses sont tre `s
robustes. Diverses conditions expe
´rimentales (mutations
SYNAPTOGENÈSES
INDÉPENDANTES
DE L’ENVIRONNEMENT
PHASE 1 PHASE 2 PHASE 3 PHASE 4 PHASE 5
DENSIT
É
EN SYNAPSES DANS LE CORTEX C
É
R
É
BRAL
CONCEPTION
PUBERTÉ
SÉNESCENCE
MORT
NAISSANCE
VIEADULTE
JOURS APRÈS CONCEPTION (échelle logarithmique)
PÉRIODES CRITIQUES DES
SYNAPTOGENÈSES REQUIÉRANT
UN ENVIRONNEMENT STRUCTURÉ
SYNAPTOGENÈSES LOCALES
MODULÉES PAR L’ENVIRONNEMENT
10 102103104105
CIN
É
TIQUE DES SYNAPTOGENÈSES DANS LE CORTEX VISUEL PRIMAIRE ET PRÉFRONTAL DU SINGE MACAQUE
Fig. 1. Cine
´tiques des synaptogene `ses dans le cortex ce ´re ´bral du singe macaque. La densite ´en synapses (valeurs normalise ´es sur un axe carte ´sien en
ordonne
´e) est repre ´sente ´e en fonction du nombre de jours apre `s la conception (sur une e ´chelle logarithmique en abscisse). Une cine ´tique identique
est observe
´e dans le cortex visuel primaire (trait continu) et dans le cortex pre ´frontal (trait en pointille ´). Les synapses apparaissent tre `sto ˆt dans la
vie embryonnaire puis leur vitesse d’accumulation des synapses varie avec l’a
ˆge. Cinq phases peuvent ainsi e ˆtre distingue ´es. Pendant les phases 1, 2,
et le de
´but de la phase 3, les synaptogene `ses sont inde ´pendantes de l’environnement. Pendant la pe ´riode pe ´rinatale (phase 3), des centaines de
milliers de synapses sont forme
´es a `chaque seconde. Pendant l’enfance et l’adolescence (phase 4) jusqu’au de ´but de la puberte ´,ladensite ´en synapses
est maintenue au niveau le plus e
´leve ´. Jamais l’individu humain ne disposera d’autant de synapses pour s’accomplir que pendant cette pe ´riode entre
sa naissance et sa puberte
´. Pendant ces phases 3 et 4, l’e ´laboration de la synapto-architectonie requiert la pre ´senced’interactionsnormalesavecun
environnement sensoriel et socioculturel normalement structure
´pour e ˆtre affine ´e correctement. Ces pe ´riodes critiques du neurode ´veloppement
cortical et de l’affinage des circuits synaptiques durent jusqu’au de
´but de la puberte ´. Une diminution significative de la densite ´en synapses est
observe
´e pendant la puberte ´qui, chez le macaque, commence a `trois ans, jusqu’a `la maturite ´sexuelle vers quatre a `cinq ans. Pendant la vie adulte,
l’environnement peut toujours modifier les circuits synaptiques, mais seulement localement
3

spontane
´es ou conditionnelles, transgene `ses) ou neuro-
pathologiques (pre
´mature ´s, anophthalmies d’origines
conge
´nitales, toxiques ou chirurgicales, malformations
en « double cortex », etc.) montrent que les neurones
sont programme
´s pour produire une certaine quantite ´de
synapses quel que soit le contexte tissulaire. Les
me
´canismes de ´clenchant ces premie `resvaguesdesynap-
togene
`ses apparaissent intrinse `ques au tissu cortical et
sont communs a
`l’ensemble du manteau cortical [7,8].
Une ge
´ne ´tique des synaptogene `ses est ne ´een2007,avec
lesanalysesglobalesdetranscriptomesdeneuronesen
de
´veloppement. Elles montrent qu’une transcription
coordonne
´ed’ensemblesdege `nes codant pour de
nombreuses prote
´ines synaptiques pre ´ce `de les diffe ´ren-
ciations morphologiques et e
´lectrophysiologiques des
synapses [36]. Ce « programme pre
´coce » de synaptoge-
ne
`se est inde ´pendant de l’environnement. Il pre ´ce `de le
programme d’activation des ge
`nes sensibles a `l’activite ´
physiologique e
´voque ´e, qui va progressivement se
superposer a
`l’activite ´spontane ´e. Chez les primates,
des synapto-architectonies et des fonctions corticales
inne
´es sont identifiables de `s la naissance. Dans le cortex
visuel primaire du singe macaque, la carte topogra-
phique, organise
´e en colonnes de dominance oculaire
(c.d.o.), est de
´ja `e ´tablie a `la naissance, c’est-a `-dire avant
toute expe
´rience visuelle [7,8]. Dans le cortex temporal
de la me
ˆme espe `ce, dans les premie `res semaines
postnatales [7,8], on parvient a
`enregistrer e ´lectro-
physiologiquement des neurones pre
´sentant de ´ja `des
proprie
´te ´s physiologiques spe ´cifiques pour la reconnais-
sance des visages, et ces champs re
´cepteurs sont presque
matures. Les nouveau-ne
´s humains ont des capacite ´s
inne
´es a `apprendre vite, a `cate ´goriser les objets du
monde et a
`symboliser. Granier-Deferre et al. [18] ont
montre
´quelefœtusestcapabledereconnaı ˆtre la voix
maternelle avant la naissance. Pendant les derniers mois
de gestation humaine (phase 3), la croissance des re
´seaux
synaptiques devient influenc¸able par l’activite
´e ´voque ´e
ge
´ne ´re ´e par certains des re ´cepteurs sensoriels pe ´riphe ´-
riques (repre
´sentations de l’environnement) et proprio-
ceptifs (repre
´sentations du corps). Pendant cette pe
´riode
pe
´rinatale,onadoncsimultane ´ment une production
massive et tre
`s robuste de synapses et l’e ´laboration d’une
synapto-architectonie devenue tre
`s sensible aux caracte ´-
ristiques de l’environnement. Par exemple, une de
´priva-
tion discontinue, maternelle ou paternelle, a
`la naissance
modifie la distribution topologique de certaines e
´pines
dendritiques dans la couche II du cortex cingulaire d’un
rongeur. Cette alte
´ration pre ´coce, tre `slocalise ´eettre `s
fine, de la synapto-architectonie persiste chez l’adulte
[35]. La richesse connexionnelle de certains circuits
synaptiques chez l’adulte semble e
ˆtreproportionnellea `
l’abondance des soins maternels prodigue
´s aux nouveau-
ne
´s. La conjonction de cette robustesse dans la capacite ´
neuronale a
`produire des synapses et de cette finesse
dans l’e
´laboration de la synapto-architectonie n’est pas
encore re
´solueentermesdeme ´canismes mole ´culaires
synaptiques. Elle me semble pourtant e
ˆtre au cœur du
proble
`me des pathologies synaptiques.
Les synapses font des vagues
pendant l’enfance et l’adolescence
La phase 4 est une phase « en plateau » pendant laquelle
la densite
´moyenne des synapses dans le tissu cortical est
maintenue a
`sa valeur maximale (600 a `900 millions de
synapses par millime
`tre cube de cortex ce ´re ´bral) jusqu’a `la
puberte
´(Fig. 1). Comme dans la phase 3, on observe des
processus tre
`s dynamiques avec une production abondante
de filopodia et de synapses en re
´arrangements rapides.
Beaucoup plus de contacts synaptiques sont forme
´s
pendant le de
´veloppement qu’il n’en restera chez l’adulte.
Jamais l’individu humain ne disposera d’autant de synapses
que pendant cette pe
´riode entre la naissance et la fin de la
puberte
´! En fait, la cine ´tique de synaptogene `se de ´crite
dans la Fig. 1 se de
´compose en de multiples vagues de
synaptogene
`ses se succe ´dant [2,7,8,13] jusqu’a `la puberte ´.
Quelques-unes sont repre
´sente ´es ici (Fig. 2).
Cesvaguesdesynaptogene
`ses se distinguent par leur
succession dans le temps et dans les compartiments du
tissu cortical. Elles coı
¨ncident avec les maturations
fonctionnelles successives des divers neurones dans
diverses couches corticales. Dans le cortex visuel
primaire du singe macaque, des vagues de synaptoge-
ne
`ses apparaissent d’abord dans le protocortex fœtal,
puis quelques semaines plus tard dans le cortex
embryonnaire [6]. Dans chaque compartiment tissulaire,
la premie
`re vague de synapses apparaı ˆtd’abordsurles
branches dendritiques, puis une seconde vague apparaı
ˆt
ensuite sur les e
´pines dendritiques. Certaines vagues se
distinguent aussi par leurs vitesses ou leur dure
´e:pic
rapide et bref dans la couche corticale IVC (coı
¨ncidant
avec la pe
´riode de maturation pour la dominance
oculaire, la se
´lectivite ´d’orientation, etc.), plateau pro-
longe
´dans la couche III (coı
¨ncidant avec la pe
´riode de
maturation pour la sensibilite
´au contraste, la binocula-
rite
´,l’hyperacuite ´visuelle, etc.). Dans la couche III du
cortex pre
´frontal du singe macaque, les e ´pines dendri-
tiques, les synapses inhibitrices des neurones « en
chandelier » et les varicosite
´s dopaminergiques appa-
raissent aussi en vagues distinctes [2]. Une redistribution
des affe
´rences axonales horizontales d’une position
proximale vers une localisation plus distale sur les
dendrites des neurones de la couche corticale III, est
observe
´e au cours du de ´veloppement postnatal du cortex
visuel primaire du chat [7,8]. Dans le cortex visuel
primaire du cerveau humain, les circuits neuronaux
organise
´sverticalement(implique ´sdansletraitement
des signaux en chaque point des champs re
´cepteurs) se
de
´veloppent pendant le dernier tiers de la gestation [13].
Lescircuitsneuronauxorganise
´s horizontalement
(implique
´sdansletraitementdessignauxdecontexte)
4

se de
´veloppent plus tardivement, pendant la premie `re
anne
´e postnatale. Cela montre que pendant son de ´ve-
loppement et sa maturation, jusqu’a
`la fin de la puberte ´,
les circuits synaptiques sont constamment re
´organise ´s
dans le cortex ce
´re ´bral. Cela pose beaucoup de nouvelles
questions. Comment la permanence psychique est-elle
assure
´e par cette synapto-architectonie en constante
re
´organisation pendant une de ´cennie ? Existe-t-il un
groupe de ge
`nes spe ´cifiques et inde ´pendants pour
chaque vague de synaptogene
`se ? Existe-t-il des relations
causales entre les vagues successives de synaptogene
`ses ?
Ouvrir ou fermer ces nombreux ge
`nesdanslesneurones
approprie
´s, au bon moment, au cours du de ´veloppement,
devient le proble
`me crucial. La de ´pense d’e ´nergie, le
gaspillage de cellules, de synapses ou de temps, sont
moins importants que la fiabilite
´des combinatoires
successives de ge
`nes, et surtout la fiabilite ´fonctionnelle
des re
´seaux synaptiques de l’individu qui en re ´sulte. Les
nombreux phe
´nome `nes de redondances transitoires
observe
´sdanslesquantite ´s de neurones, de branches
axonales ou dendritiques, des synapses assurent la
robustesse du de
´veloppement cortical. Ils permettent
aussi l’e
´volution des re ´seaux neuronosynaptiques dont la
stabilite
´est valide ´e ou sanctionne ´e par leurs performan-
ces fonctionnelles.
La cata synaptique pubertaire
Les phases 3 et 4 des synaptogene
`ses requie `rent maintenant
la pre
´sence des stimuli de l’environnement, pour affiner et
« accorder » la synapto-architectonie corticale a
`cet
environnement. Pendant les phases 3 et 4 de la synaptoge-
ne
`se, l’individu primate effectue ses apprentissages senso-
riels, moteurs et cognitifs. Il apprend aussi les re
`gles sociales,
l’organisation hie
´rarchique au sein de son groupe, ainsi que
les repre
´sentations de sa culture, savoirs essentiels pour le
reste de sa vie. Et puis, a
`la fin de la phase 4 en plateau,
pendant la puberte
´, la densite ´des synapses est re ´duite de
40 % [6-8]. Les me
´canismes biologiques de cette perte
massive de synapses n’ont pas encore e
´te ´identifie ´sa `ce jour.
La puberte
´est accompagne ´e d’une perte de ´finitive de
certaines capacite
´s d’apprentissages. Avant la cristallisation
de la personnalite
´,a `la fin de la puberte ´, les repre ´sentations
culturelles devraient e
ˆtre diversifie ´es, riches et largement
PHASE 1 PHASE 2
PHASE 3
PHASE 4
PHASE 5
DENSIT
É
E N SYNAPSES
CONCEPTION
PUBERTE
MORT
NAISSANCE
VIEADULTE
DIVERSES VAGUES DE SYNAPTOGEN
È
SES DANS LA COUCHE III DU CORTEX PR
É
FRONTAL DU SINGE MACAQUE
NOMBRE DE JOURS APRÈS LA CONCEPTION (échelle logarithmique)
SYNAPSES INHIBITRICES AXO-AXONALES
SYNAPSES SUR ÉPINES DENDRITIQUES
SYNAPSES SUR TRONC DENDRITIQUES
VARICOSITÉS SYNAPTIQUES DOPAMINERGIQUES
Fig. 2. Les synapses font des vagues ! La cine
´tique globale des synaptogene `sesdanslecortexpre ´frontal, pre ´sente ´e dans la Fig. 1 est reproduite ici en
pointille
´fin. Il s’agit en fait d’une courbe enveloppe recouvrant un ensemble de cine ´tiques diffe ´rentes pour diffe ´rentes cate ´gories de synapses. Ces
multiples vagues de synaptogene
`ses se distinguent les unes des autres par leurs amplitudes, leurs dure ´es, leurs vitesses de monte ´es ou de descentes.
Les cine
´tiques de synaptogene `ses pre ´sente ´es ici ont e ´te ´de ´crites dans la couche III, supragranulaire, du cortex pre ´frontal du singe macaque [2,7,8].
Cette couche corticale est implique
´e dans les fonctions d’associations entre les nombreuses repre ´sentations multimodales sensorielles, motrices,
ve
´ge ´tatives et cognitives. La cine ´tique de la densite ´des contacts synaptiques (ordonne ´ecarte ´sienne) est pre ´sente ´e en fonction du nombre de jours
apre
`s la conception (abscisse en e ´chelle logarithmique). Courbe en trait plein : synapses sur e ´pines dendritiques (majoritairement excitatrices
glutamatergiques). Courbe en noir : synapses sur tronc dendritique (une moitie
´est excitatrice, l’autre moitie ´est inhibitrice). Courbe en points-
tirets : synapses axo-axonales inhibitrices des interneurones inhibiteurs « en chandelier » sur le segment initial de l’axone des cellules pyramidales.
Courbe en pointille
´gras : varicosite ´s synaptiques dopaminergiques. Elles pre ´sentent un pic de densite ´pendant la puberte ´
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