ULBI654 Neurophysiologie L3 parcours PAN 2nd semestre 2007 JP

ULBI654
Neurophysiologie
L3 parcours PAN
2nd semestre
2007
JP Hugnot
Cours 1
I-Introduction sur le rôle du système nerveux
II-Le système nerveux dans le monde vivant
III-La composition du système nerveux:
historique
IV-Exploration fonctionnelle: le PET scan,
l’IRM fonctionnelle,
l’électroencephalogramme
I
Rôles du système nerveux
1-Relations avec l’environnement
A-Exploration de l’environnement
la Locomotion
Caenorhabditis elegans
302 neurones, 7000 synapses
Exemple d’une carte de connection chez C Elegans (ganglion de queue)
Locomotion
Hydre
(Embranchement des Cnidaires (hydres et méduses)
Classe des Hydrozoaires (les hydres, forme polype domine)
Locomotor behavior in hydra resembles a series of somersaults. The sequence of actions in one
somersault is shown here, beginning at the left. The tiny black dot in the region between the
tentacles in the figure at the far right is the mouth of the animal..
B- répondre à un stimulus
Stimulus
Réponse
C Elegans
Réponse à des stimulis diverses:
•
chemotactisme ou évitement de substance nocives
•
évitement région de haute osmolarité
•
recherche de la température optimun au sein d’un
gradient
•
fuite lors d’un attouchement
Navigation dans un parcours difficile
Répondre à un stimulus pour se
nourrir
Feeding behavior involves guiding particles of food into the mouth through
coordinated movements of the tentacles
Phototactisme chez Hermissenda
(nudibranche)
Figure 1. Open-field measurements of phototaxis.
C- Apprendre à moduler sa
réponse à un stimulus
Stimulus
Apprentissage
Réponse
Habituation chez un ver
Economie d’énergie
Phylum Annelida
Class Polychaeta
% de vers réagissant
• Nereis
Nb d’essais
Habituation chez le bébé
Nb de présentation de la photographie
D-Communications
Lampyris noctiluca (vers luisant)
auditive
lumineuse
chimique
E- Résoudre un problème
(complexe)
II-Contrôle du milieu intérieur
Coordination de l’Activité des glandes et des organes
Maintien de homeostastie
Exemples:
Régulation fréquence cardiaque
Régulation de la réabsorption de l’eau
Régulation de la contraction des muscles lisses intestinaux
Système nerveux autonome ou neurovégétatif
Régulation de la contraction des muscles lisses intestinaux:
Le péristaltisme
1. Wave of circular smooth muscle
relaxation moves ahead of the bolus
allowing the digestive tract to expand
2. A wave of contraction of the circular
smooth muscle behind the bolus propels
it through the tract
Exemples d’enregistrement de neurones dans un ganglion d’escargot
régulant la contraction de muscles digestifs
II
Le Système Nerveux dans le
monde vivant
Eponges
Pas de système nerveux
Symétrie radiale
Les Cnidaires
(coraux, hydres, anemones, méduse),
réseau nerveux
composé d'environ
100,000 neurones
en réseau en
contact avec les
cellules contractiles
Les Cnidaires possèdent
des cellules sensorielles
qui réagissent aux stimuli
chimiques et tactiles
Hydre
Symétrie bilatérale
(« Système
nerveux central »)
Planaires
(Plathelminthes (vers plats)
Le système nerveux comporte une paire de
ganglions cérébraux, deux cordons nerveux
longitudinaux, et une série de nerfs transversaux
(« Système nerveux
périphérique »)
Céphalisation (la concentration des organes sensorielles et du système nerveux dans
un ganglion céphalique)
Réseau longitudinal et transversal de cordons nerveux
Centralisation (présence d’un système nerveux central différent du système nerveux
périphérique)
Arthropodes
Segmentation, présence de ganglions nerveux à chaque segments
contrôlant les muscles, le cerveau coordonne l’ensemble
Système nerveux ventral
Chordés
céphalocordés
Corde nerveuse tubulaire dorsale = tube neural
Lancelet ou Amphoxius
Chordés
Vertébrés
Les Vertébrés sont caractérisés par la
présence d'une colonne vertébrale,
formée de vertèbres métamériques, et
par un crâne, qui donnent support et
protection au tube neural (la moelle
épinière) et au cerveau.
Système Nerveux Central
cerveau antérieur
subdivision
structures
principales
ventricule
télencephale
cortex
ganglions de la
base
hippocampe
latéraux
diencéphale
Thalamus
Hypothalamus
3eme
mésencéphale
tectum
tegmentum
aqueduc
cérébral
métencéphale
cervelet
4eme
(forebrain)
Tronc cérébral
PROSENCEPHALE
cerveau moyen
(mid brain)
cerveau
postérieur
pont
(hind brain)
Ou RHOMBENCEPHALE
myélencéphale
Medulla
(Bulbe rachidien)
Moelle épinière
Développement Système nerveux
Le développement embryonnaire
varie peu entre vertébrés
humain
Formation du tube neural entre 3eme - 4 eme semaine
E18 plaque neurale
Epaississement neurectoderme
Allongement plaque neurale
E20 gouttière
neurale
E22 tube neural I
Invagination plaque neurale Fermeture gouttière neurale :
progression rostro caudale
Epaississement des bords
Tube neural isolé
E24 tube neural II
Fermeture neuropores
Migration latérale des
crêtes neurales
La Neurulation
Morphologie interne
Au début de la 4e
semaine, le tube neural
s’incurve et se subdivise
en trois renflements
les vésicules primaires
(ou primitives).
2 courbures : courbure cervicale et
courbure céphalique
Tube neural à 5 vésicules
Les crêtes neurales
Crêtes Neurales Craniales:
Os et cartilages de la tête et du cou
Nerfs craniens (auditif, langue, dents, ….
Autres Crêtes Neurales
Système nerveux
périphérique
Système nerveux entérique
Système nerveux autonome
(sympathique et
parasympathique)
Système nerveux sensitif
(ganglions rachidiens,
Cellules de Schwann
Cellules adrénergiques des
glandes surrénales
Mélanocytes
III
Composition cellulaire du système
nerveux
Place du cerveau dans la Grèce
antique
• Hippocrate (460-379 av JC): Le cerveau
est impliqué dans la sensation et est le
siège de l’intelligence
• Aristote (384-322 av JC): Le cœur est le
centre de l’intellect alors que le cerveau
sert à refroidir le sang surchauffé par
l’agitation du coeur
Place du cerveau dans l’empire
Romain
• Galien (médecin des gladiateurs, écrivain)
• Mise en évidence du cerveau, du cervelet
et des ventricules et du LCR sur des
cerveaux de moutons.
• Les ventricules sont le siège des fonctions
cérébrales, ils déplacent un liquide vital
(humeur) dans les nerfs.
De la renaissance au XVIIIe siècle
• Le cerveau machine hydraulique, localisation
ventriculaire des fonctions cérébrales
• Théorie soutenue par Descartes mais les
facultés mentales de l’hommes existent en
dehors du cerveau dans l’esprit
• Organisation du cerveau connue en détail à la
fin du XVIIIe. Distinction du central et du
périphérique
L’électricité animale: naissance de
l’electrophysiologie
Luigi Galvani (ita) 1737-1798
Découverte de « l'électricité animale » sur les cuisses de grenouille
les nerfs et les muscles des animaux contiennent un fluide, proche du
fluide électrique.
Carlo Matteucci (1811-1868)
Il existe entre la tranche
de section d'un muscle
et sa surface, un
courant (dit « courant de
repos »)
(potentiel de repos)
Emil du Bois-Reymond
(1818-1896)
Mesure pour la première
fois d’un courant d'action
sur des muscles et des
nerfs stimulés.
(potentiel d'action)
Charles Bell (1744-1845 écosse) découvre que les racines ventrales de la
moelle provoque des paralysies
Francois Magendie (1783-1855, Fr)
découvre que la section des racines
dorsales provoque des déficits sensoriels
Les nerfs sont constitués de fibres
sensorielles et motrices
Théorie des localisations cérébrales
Marie Jean-Pierre Flourens (Fr): (1794 -1867)
Méthode des lésions expérimentales (mise en évidence de différentes
régions du cerveau chez l’animal)
Mise en évidence du cervelet dans la coordination et l’équilibre et du
tronc cérébral pour les fonctions vitales
Franz Joseph Gall (1758-1828, autr): propose
relations entre la forme des parties du crane et traits de
caractères (générosité, …):
la phrénologie
Théorie des localisations cérébrales
Paul Broca (1824-1880)
Intenses recherches expérimentales sur les localisations:
stimulations électriques & ablations
mise en évidence cortex moteur, rôle du cortex occipital
dans la vision, …
Développement du microscope et de l’histologie
au cours du XIXeme siècle
Theodore Schwann, 1810-1882
théorie cellulaire
«
The gain in brain lies mainly in the stain »
Franz Nissl (1860-1919): Les corps de
Nissl: mise en évidence des cellules
nerveuses
Camillo Golgi (1844-1926): mise en évidence de
plusieurs parties du neurone
Théorie réticulaire:
Continuité des neurones
Théorie neuronale
Contiguité des neurones
Ramon Y Cajal,
(1852-1934)
Preparation through the optic
tectum (from a sparrow)
impregnated with the Golgi
technique. Note the variety of
neurons drawn by Cajal.
SHERRINGTON Sir Charles Scott
(1857-1952 )
1954, George Palade, Eduardo de
Robertis and George Bennett, mise
en évidence de la synapse en
microscopie électronique
introduit le terme de synapse en neurologie. Le
mot vient du grec <sunapsis> signifiant "liaison"
ou "attache". Une synapse ou jonction est une
communication entre un neurone, un autre
neurone, un muscle ou une glande.
Les cellules Gliales
La découverte d’éléments différents des neurones a été faite pour la
première fois dans le système nerveux central par Dutrochet en 1824,
«corpuscules globuleux «
Virchow en 1846 les nomma ensuite Nervenkitt = glue à neurones La neuroglie
Rio Hortega en 1920: distinction entre microglie et oligodendrocytes avec
carbonate d’argent
Et ce n’est pas fini !!!
Découverte récente d’un nouvelle classe de cellules gliales: les
cellules NG2: Les synantocytes
2-3% des cellules
8-9% des cellules
Ong et al, 1999
NG2: Protéoglycan de 330 kDa,