La plasticité réparatrice

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 minutes !
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.
http://www.youtube.com/watch?v=4TwluFDtvvY&feature=related
Introduction
Les connexions nerveuses
Ces nouveaux neurones, une fois arrivé à destination, vont créer des axones
et former des connections 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
http://www.youtube.com/watch?v=n_9YTeEHp1E
Introduction
Les connexions nerveuses
Comment est ce que les axones peuvent s’orienter ?
- Les axones d’un même groupe de neurones voyagent ensemble (comme un banc de poisson) :
Cela se nomme la fasciculationla fasciculation
- La bonne direction est donnée par l’environnement, comme des panneaux sur l’autoroute.
Chimiorepulsive
Chimioattratant
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
(corp géniculé latéral)
Introduction
Les connexions nerveuses
Deux régles générales :
1/ Si axone est actif en même temps que la cellule cible est fortement activé, il y a
un renforcement de la synapse et sa conservation.
-> Les axones travaillant ensemble sur une même cibles s’auto-protégent.
2/ Si axone est actif mais qu’en même temps la cellule cible n’est que faiblement
activé, la synapse n’est pas protégé 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
connections (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 nouvelle 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 « rangée » à 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
- Mémoire déclarative = mémoire des évènements et des faits
Exemple :
ce matin, j’ai bu du jus d’orange
la capitale de l’allemande est Berlin
le fado est une genre musical
La Mémoire
- Mémoire non déclarative = le reste…tels que :
o la mémoire procédural = mémoire des aptitudes
comment dribler au foot, comment joueur au violon, rouler à vélo…
o la mémoire émotionelle
Serpent = danger ; steack juteux = miam ; …..
o le conditionnement
Sonnerie du lycée = je range mes affaires ….
La Mémoire
La mémoire court ou long terme
- Long terme : plusieurs jours, mois ou années
Ex. Les notions que je vous présente (du moins, je l’espère…)
- Court terme : quelques minutes à plusieurs heures
Ex. Les mots précis que j’utilise en ce moment
- Mémoire de travail : Quelques secondes maximum
Ex. Numéro de portable d’un nouvel ami; un résultat intermédiaire d’un
calcul mathématique
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 synapse et plus la mémoire persistera.
La Mémoire
Principe de la consolidation
Court terme : quelques minutes à plusieurs heures
Ex. Les mots précis que j’utilise en ce moment
Long terme : plusieurs jours, mois ou années
Ex. Les notions que je vous présente (du moins, je l’espère…)
Consolidation
Information
Court terme
Long terme
Localisation de la mémoire
Localisation de la mémoire
Ou se trouve 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’impossiblité 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 antérieur au traumatisme
Amnésie antérograde : impossiblité de stocker de nouvelles informations (ou alors
très lentement)
Une amnésie temporaire peut résulter d’une diminution du flux sanguins au niveau du
cerveau.
Comment expliquer cette différence entre deux amnésies ?
La localisation de la mémoire
Les expériences chez les rongueurs :
Karl Lashley
Description expérience
Montre l’importance du cortex dans l’apprentissage et la rétention d’information
La localisation de la mémoire
Les expériences chez les rongueurs :
Donald Hebb
Description expérience
Montre l’importance de groupe de neurons.
Un stimulus active un groupe particulier de neurones -> plasticité entre des groupes
de neurones
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 retention
de l’information visuelle
- Homme : le lobe temporal est une 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 a
developper une amnésie retrograde.
La localisation de la mémoire
Concrétement ?
Il y a plusieurs structures dans le lobe temporal, qui sont interconnecté.
La structure clé est l’hippocampe.
Stimulus
Cortex
Hippocampe
Thalamus
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
Hippocampe
Consolidation
Collecte
info
Thalamus
Reconnaissance
Et traitement
La localisation de la mémoire
Mémoire procédurale : les aptitudes
Implication d’une nouvelle strucuture : le striatum
Exemple d’Avant : lobotomie induit une anmésie pour la mémoire déclarative…
Mais pas pour la mémoire procédurale… pourquoi ?
Pas les même structure du cerveau
La localisation de la mémoire
Mémoire procédurale :
Stimulus
Cortex
Collecte
info
Striatum
Traitement
Cortex motor
effet
La localisation de la mémoire
Mémoire procédurale : les aptitudes
Exemple avec les rats.
Deux lésions
Lésion de l’hippocampe (m. déclarative)
Lésion du striatum (m. non déclarative)
Deux tests
Labyrinthe
Plusieurs chambres avec ou sans lumière (lumière = nourriture)
Lésions
Hippocampe
Striatum
Labyrinthe
Dégradation
OK
Lumière
OK
Dégradation
La localisation de la mémoire
Mémoire de travail : voué à disparaitre
Structure :
Stimulus
hippocampe
cortex prefrontal (très developper chez les humains!)
Cortex
Collecte
info
thalamus
Traitement
Cortex préfrontal
Mémorisation courte
La localisation de la mémoire
Petite conclusion ;
Hippocampe est lié à la mémoire déclarative
Striatum est lié à la mémoire procédurale
Deux mémoires, deux localisations.
La plasticité
La plasticité réparatrice
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
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
Dég´nération du striatum
La plasticité réparatrice
Exemple de l’accident vasculaire cérébrale
Il s’agit de mort de neurone après l’occlusion d’une artère cérébrale.
Les neurones sont privés ed glucose et d’oxygène et vont mourir (ils se
suicident = apoptose).
Coupe de cerveau de rat
(rose = tissu mort)
La plasticité réparatrice
Stratégie thérapeutique
- Bloquer la mort cellulaire : faire survivre les neurones un peu plus longtemps
- Augmenter la plasticité normale pour re-connecter les zones endommagé
-> Utiliser les facteurs de croissances du système nerveux
La plasticité réparatrice
Effet sur la plasticité
Schneider et al. 2005 JCI
La plasticité réparatrice
Effet sur les performances motrices
From Schneider et al. 2005 JCI
La plasticité réparatrice
Exemple des lésions médulaires = tétraplégie 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’information se bloque
et la paralysie d’installe.
La plasticité réparatrice
Contrairement aux amphibiens, les mammifères ne sont pas capable de
régénérer les axones du système nerveux centrals (leur environnement bloque
leur croissance).
Les axones endommagés vont se rétracter et se détruire.
Stratégie : Empêcher cette rétraction et favoriser la formation de nouvelle
synapse et augmenter la plasticité
Sans facteur de croissance
Avec facteur de croissance
From Pitzer et al. 2010 J Neurochem
La plasticité réparatrice
Exemple des dommages des nerfs
Contrairement au CNS, les axones du système nerveux périphérique peuvent se
régénérer car l’environnement est différent.
La régénération prend cependant du temps (2mm par jours !!!).
Il est possible d’accèlerer cette croissance.
Conclusions générales
La plasticité :
- correspond à la formation de nouvelles connections entre les neurones
- elle est 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
espoir existent !