Les neurones Classification morphologique: nombre de neurites Classification morphologique: Formes de l’arborisation dendritique Neurone pyramidale Neurone étoilé Neurone granulaire Classification fonctionnelle Neurones sensoriels Interneurones Neurones moteurs Les cellules gliales Cellules épendymales La glie radiaire Rôle dans le développement E21 naissance Fibre radiale Cellules neuroépithéliales Les astrocytes Ratio Astrocytes / Neurone Ce ratio augmente avec la compléxité (et taille) des organismes et des fonctions cellulaires Aspect étoilé révélé par la glial fibrillary acidic protein GFAP Aspect spongiforme révélé par nouvelles techniques eGFP Pie mère Fonction des astrocytes Isolement, formation de barrière Astrocytes (in orange) are depicted in situ in schematic relationship with other cell types with which they are known to interact. Astrocytes send processes that surround neurons and synapses, blood vessels, and the region of the node of Ranvier and extend to the ependyma, as well as to the pia mater, where they form the glial limitans Role dans la barrière hémato-encéphalique Constitution: cellule endothéliale vasculaire et astrocyte Rôles: Isole des neurones de la circulation sanguine et filtre le passage des molécules entre le sang et le SN les astrocytes: un syncitium Les astrocytes forment un syncytium par les gap jonctions, À travers ce réseau, propagation de vagues d'ions calcium dont l'effet régulateur pourrait se faire sentir dans un grand nombre de synapses en même temps. Les prolongements astrocytaires qui entourent les synapses pourraient ainsi exercer un contrôle plus global sur la concentration ionique et le volume aqueux dans les fentes synaptiques. Le réseau astrocytaire constituerait donc un système de transmission nonsynaptique qui se superposerait au système neuronal pour jouer un rôle majeur de modulation des activités neuronales. Repompage du K+ externe K+ vaisseau Resting membrane potentials and the high resting membrane permeabilities to K+ ions are not merely of academic interest. Neurones become depolarised and die if they are exposed for too long to high concentrations of extracellular K+ . However, astrocytes and other neuroglia have very high resting K+ permeabilities - in fact their resting potentials are very close to the Nernst potential for K+ . A consequence of this is that they are effective K+ buffers. Increases in extracellular K+ , caused by leakage from nearby neurones for example, are ‘mopped up’ by astrocytes. One strategy for the treatment of stroke and epilepsy is to increase the efficiency of these glial cells as K+ buffers, limiting neuronal damage. Repompage du glutamate Formation de alpha cetoglutarate (cycle de Krebs) ou de glutamine Contrôle de la formation et de l’activité synaptique (M Nedergaard, 2003) Les astrocytes stockent du glucose en glycogène L’anesthésie en réduisant l’activité neuronale, augmente la présence de glycogène dans les astrocytes Couplage activité- métabolisme Présence de récepteurs aux neurotransmetteurs sur les astrocytes Noradrenaline Serotonine Glycogenolyse dans astrocytes Histamine Neuropeptides,(VIP, PACAP, histamine Représentation corticale des moustaches « les barillets » stimulation Avant stimulation glycogene Après stimulation Oligodendrocytes • Cellules les plus nombreuses • Forment gaine de myéline sur plusieurs axones Gaine de myéline De manière général, la vitesse de conduction est proportionnelle au diamètre des fibres et est beaucoup plus élevée dans les neurofibres myélinisées. Les neurones des invertébrés sont souvent amyéliniques Détruite dans maladies démyélinisantes *sclérose en plaque *leucoencephalopathie multifocale, ….. Classification des fibres: 3 grand types suivant leurs diamètres, leurs vitesses de conduction et leurs caractéristiques physiologiques : -Les fibres A, myélinisées de grand diamètre, à vitesse rapide conduisant des influx moteurs et sensitifs. Ces fibres ont un seuil d'excitabilité relativement bas. -Les fibres B, myélinisées de petit diamètre moins rapide que les fibres A, appartenant au système autonome (végétatif). - Les fibres C, non myélinisées de petit diamètre. Elles sont plus lentes et transmettent des influx nociceptifs et végétatifs. Leur seuil d'excitabilité est élevé. Les cellules myélinisantes du SNP: Les cellules de Schwann Microglie • Petites cellules trouvées près des vaisseaux • Dérivées du système hématopoiétique Cellules épendymales IV-Exploration fonctionnelle le PET scan, l’IRM fonctionnelle, l’électroencephalogramme Exploration fonctionnelle Invasives Lésion, ablation Electrostimulation Electrophysiologie Non Invasives Electroencephalogramme Imagerie fonctionnelle, (PET Scan, fMRI) La tomographie à emission de positrons Mécanismes cellulaires du métabolisme énergétique cérébral : implications pour l’imagerie fonctionnelle Charles Sherrington :un précurseur « Le cerveau possède des mécanismes intrinsèques au moyen desquels le débit sanguin peut être adapté localement en relation avec des variations locales de son activité fonctionnelle (...) des substances chimiques produites par le métabolisme cérébral (...) provoquent des variations du calibre des vaisseaux » Nobel 1932 Le neurophysiologiste Sherrington montre au XIX siècle, qu’une stimulation sensorielle provoque une augmentation du débit sanguin au niveau du cortex parietal. La tomographie à émission de positons (TEP) (PET scan) détecte les augmentations localisées du débit sanguin cérébral (augmentation d’utilisation de glucose de consommation d’oxygène. Le neurone: un grand consommateur d’énergie Mesure de l’incorporation de glucose 2 deoxy glucose (14C, 3H ou 18F) n io at le ul llu m ce cu la A c ns da te Dé n io ct Positrons • Quand un positron rencontre un électron, la collision créé 2 rayons γ de même énergie mais qui partent dans des directions opposées. Le PET scan détecte les rayons issus du corps du patient, et l’analyse informatique permet de localiser la position de la collision où a été émise les rayons. Annihilation des Positrons e+ + e- γ + γ initial e+ efinal γ γ Emetteurs de Positrons: 18F et 15O 15O , demi-vie, 2 min 18F demi-vie,110 min Le 18F est produit dans un cyclotron à partir de 18O puis incorporé dans du 2 DG glucose fluoro deoxy glucose (FDG) injection Le FDG se concentre dans les régions de fortes consommation de glucose γ e+ e- γ Détection des paires de photons Calcul/Reconstruction Study show activity of brain as subject learns a new skill Applications du PET scan •Tumeurs cerebrales •Etudes du fonctionnement normal ou pathologique du cerveau •Pathologies (Alzheimers, …..) Epilepsie Depression Troubles obsessionnels compulsifs Localisation d’aires activées lors d’une tache Lecture Soustraction • Rôle des astrocytes dans le couplage activité neuronale –métabolisme énergétique K+, adenosine, lactate, NO relargués par neurones vasodilatation Situation idéale des astrocytes pour le couplage métabolique. Barrière à l’entrée du glucose dans le parenchyme Proximité de la synapse Astrocyte processes surround capillaries (end feet) and ensheathe synapses; in addition, receptors and uptake sites for neurotransmitters are present on astrocytes. These features make astrocytes ideally suited to sense synaptic activity (A) and to couple it with uptake and metabolism of energy substrates originating from the circulation (B). Transport du glucose • Diffusion facilitée par des transporteurs: Famille Glut 1-6 Distribution des transporteurs Présence de transporteur au glutamate sur les astrocytes Le glutamate stimule l’entrée de glucose dans les astrocytes Glycolyse + + PFK ouabaïne Monensin (ionophore Na+) PFK:Phosphofructose kinase Cycle de Krebs Pyruvate 18 ATP PET Scan et Astrocytes modèle les signaux détectés, chez l’homme, lors de l’activation physiologique avec la technique de TEP fluorodésoxyglucose, ou par autoradiographie chez les animaux de laboratoire, refléteraient essentiellement un captage du traceur dans les astrocytes. Résonance magnétique nucléaire La Résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) Le degré d’oxygénation du sang dans l’aire cérébrale activée fournit les signaux de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) Mesure des propriétés magnétiques différentes de l’oxyhémoglobine et de la déoxyhémoglobine (paramagnétique) Avantages par rapport au PET: Non invasif (pas d’injection de traceur radioactif) Meilleure résolution spatiale et temporelle L’electroencephalogramme Couches profondes du cortex Rythmes Corticaux et Thalamus Neurone thalamo-cortical Etude des phases du sommeil et électroencephalogramme Sommeil profond Sommeil paradoxal L’Epilepsie L'épilepsie est une maladie neurologique se manifestant par des crises. Elle est l'expression d'un fonctionnement anormal, aigu et transitoire de l'activité électrique du cerveau qui se traduit par des crises épileptiques: décharges hypersynchrones anormales Elles sont souvent dues à une lésion cérébrale : (malformation congénitale, encéphalite, séquelles d'une souffrance à la naissance, traumatisme crânien, accident vasculaire cérébral, tumeur, infections du Système Nerveux Central, ou des anomalies génétiques