Plasticity v4 - Le Web Pedagogique

Semaine du cerveau 2010
La plasticité cérébrale
Semaine du cerveau 2010
Sommaire
- Introduction
- La formation du système nerveux
- Les connexions nerveuses
- La plasticité
- Rôle
- Les différentes mémoires
- Localisation des mémoires
- La plasticité réparatrice chez les mammifères
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
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.
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
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
Chimiorépulsive
Chimioattractante
Introduction
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
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
Introduction
Les connexions nerveuses
Thalamus
(corp géniculé latéral)
Introduction
Les connexions nerveuses
Thalamus
(corps géniculé latéral)
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
La mémoire déclarative et non-déclarative
Mémoire déclarative
Les évènements et des faits
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
Mémoire émotionelle
= mémoire
émotionelle
(Serpent =
danger)
Le conditionnement
= conditionnement
(Sonnerie = je range mes
affaires)
La Mémoire
La durée de la mémoire
Court terme :
Long terme :
plusieurs jours, mois ou années
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.
La Mémoire
Principe de la consolidation
Information
Court terme
Consolidation
Information
Court terme
Long terme
La Mémoire
Localisation de la mémoire
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)
- Lésions du cortex
- Mesure temps pour trouver la sortie
Plus de temps pour trouver la sortie
Mémoire court terme
- Entrainement
- Lésions du cortex
- Mesure temps pour trouver la sortie
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
Stimulus
Cortex
Nouvelles synapses
Collecte
les informations
Hippocampe
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
Collecte
les informations
Striatum
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
OK
Dégradation
La localisation de la mémoire
Mémoire de travail : vouée à disparaitre / temporaire
Structure :
Stimulus
hippocampus et thalamus
cortex prefrontal (très developpé chez les humains!)
Cortex
Collecte
info
thalamus
Traitement
Cortex préfrontal
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
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 !