Comment on ne peut plus concevoir le cerveau au XXIe siècle · Comment on ne peut plus concevoir le cerveau au XXIe siècle 20 janvier : Ce que le . cerveau . n‘est pas . 17 mars
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Comment on ne peut plus concevoir le cerveau au XXIe siècle 20 janvier : Ce que le cerveau n‘est pas 17 mars : Cerveau, corps et environnement
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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1- Cerveau
85 milliards de neurones (et autant de cellules gliales)
Chaque neurone peut recevoir jusqursquoagrave 10 000 connexions
1- Cerveau
85 milliards de neurones (et autant de cellules gliales)
Chaque neurone peut recevoir jusqursquoagrave 10 000 connexions
environ 20 cm
Alors 02 m x 02 m 0000 001 m = 40 000 m = 40 km
Quelle devrait ecirctre la taille drsquoun cerveau dont les synapses auraient la taille de deux poings
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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1- Cerveau
85 milliards de neurones (et autant de cellules gliales)
Chaque neurone peut recevoir jusqursquoagrave 10 000 connexions
environ 20 cm
Alors 02 m x 02 m 0000 001 m = 40 000 m = 40 km
Quelle devrait ecirctre la taille drsquoun cerveau dont les synapses auraient la taille de deux poings
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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environ 20 cm
Alors 02 m x 02 m 0000 001 m = 40 000 m = 40 km
Quelle devrait ecirctre la taille drsquoun cerveau dont les synapses auraient la taille de deux poings
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Quelle serait la meilleure meacutetaphore pour le cerveau
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
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Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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laquo Rien en biologie nrsquoa de sens si ce nrsquoest agrave la lumiegravere de lrsquoeacutevolution raquo
- Theodosius Dobzhansky (1900-1975)
(Creacutedit modifieacute de Robert Lamontagne)
Eacutevolution cosmique chimique et biologique
Croissance de complexiteacute
(ce qui ne veut pas dire que lrsquohumain en soit la finaliteacute )
Vous ecirctes neacutes il y a 137 milliards
drsquoanneacutees
(Creacutedit modifieacute de Robert Lamontagne)
Eacutevolution cosmique chimique et biologique
Croissance de complexiteacute
(ce qui ne veut pas dire que lrsquohumain en soit la finaliteacute )
Vous ecirctes neacutes il y a 137 milliards
drsquoanneacutees
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Nutriments
Nutriments
Deacutechets
Deacutechets
Meacutetabolisme
Frontiegravere (membrane)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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(Creacutedit modifieacute de Robert Lamontagne)
Eacutevolution cosmique chimique et biologique
Croissance de complexiteacute
(ce qui ne veut pas dire que lrsquohumain en soit la finaliteacute )
Vous ecirctes neacutes il y a 137 milliards
drsquoanneacutees
(Creacutedit modifieacute de Robert Lamontagne)
Eacutevolution cosmique chimique et biologique
Croissance de complexiteacute
(ce qui ne veut pas dire que lrsquohumain en soit la finaliteacute )
Vous ecirctes neacutes il y a 137 milliards
drsquoanneacutees
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Nutriments
Nutriments
Deacutechets
Deacutechets
Meacutetabolisme
Frontiegravere (membrane)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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(Creacutedit modifieacute de Robert Lamontagne)
Eacutevolution cosmique chimique et biologique
Croissance de complexiteacute
(ce qui ne veut pas dire que lrsquohumain en soit la finaliteacute )
Vous ecirctes neacutes il y a 137 milliards
drsquoanneacutees
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Nutriments
Nutriments
Deacutechets
Deacutechets
Meacutetabolisme
Frontiegravere (membrane)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Nutriments
Nutriments
Deacutechets
Deacutechets
Meacutetabolisme
Frontiegravere (membrane)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Nutriments
Nutriments
Deacutechets
Deacutechets
Meacutetabolisme
Frontiegravere (membrane)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Crsquoest quoi une cellule (agrave part le fait que crsquoest lrsquoeacuteleacutement de base de tout ecirctre vivant)
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Une cellule est un laquo systegraveme ouvert raquo formant un reacuteseau complexe continuellement en train de srsquoauto-produire
Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Bref les premiegraveres cellules vivante sont deacutejagrave infiniment complexes
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Les reacuteseaux complexes se laquo compartimentalisent raquo
httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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httpwwwslidesharenetitutorevolution-and-changes
httpsenwikipediaorgwikiAbiogenesis 600 mya
Et puis apregraves des essais infructueux il y a environ 2 milliards danneacutees leacutemergence de la vie multicellulaire apparaicirct veacuteritablement il y a un peu plus de 600 millions drsquoanneacutees
Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Hormones (systegraveme endocrinien)
Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Hormones (systegraveme endocrinien)
hellipmais aussi neurotransmetteurs et reacutecepteur des neurones du systegraveme nerveux
Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Chez les multicellulaires on va aussi assister au pheacutenomegravene de speacutecialisation cellulaire
Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Mais avant de poursuivre avec lrsquoavegravenement des systegravemes nerveux chez les animauxhellip
il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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il faut rappeler ici le 2e principe de la thermodynamique
laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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laquo La seule raison drsquoecirctre drsquoun ecirctre vivant crsquoest drsquoecirctre crsquoest-agrave-dire de maintenir sa structure raquo - Henri Laborit
Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Plantes
photosynthegravese gracircce agrave lrsquoeacutenergie du soleil
Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Animaux
autonomie motrice pour trouver leurs ressources
dans lrsquoenvironnement
Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Systegravemes nerveux
Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Aplysie (mollusque marin)
Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Une boucle sensori - motrice
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip
Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Pendant des centaines de millions drsquoanneacutees crsquoest cette boucle-sensorimotrice qui va se complexifierhellip hellipet lrsquoune des variantes sera nous
Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Le cerveau humain est encore construit sur cette boucle perception ndash action mais la plus grande partie du cortex humain va essentiellement moduler cette boucle comme les inter-neurones de lrsquoaplysie
Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Ces aires associatives ont pris beaucoup drsquoexpansion durant lrsquoeacutevolution des mammifegraveres
laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
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Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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laquo penseacutee plus abstraite raquo
pour culminer chez lrsquohumain ougrave elles sont plus ou moins deacutetacheacutees des cortex sensoriels
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Durant le deacuteveloppement le cortex des mammifegraveres possegravede lrsquoaugmentation relative de taille la plus grande de toutes les structures ceacutereacutebrales
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
von Economo and Koskinas 1925 Russian school (Sarkisov) 1949
Carte baseacutees sur la cytoarchitecture cest-agrave-dire la densiteacute la taille des neurones et le nombre de couches observeacutees sur des coupes histologiques
Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Et lrsquoon sait aujourdrsquohui qursquoeffectivement cette organisation en diffeacuterentes couches du cortex nrsquoest pas sans rapport avec les capaciteacutes computationnelles drsquoune reacutegion corticale donneacutee
En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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En plus de cette organisation en couches horizontales dans le cortexhellip
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On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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(pas visible par coloration comme les couches du cortex
On a aussi deacutecouvert dans la 2e moitieacute du XXe siegravecle une organisation en colonne Les neurones ont des connexions preacutefeacuterentielles agrave la verticale
plus fonctionnelles qursquoanatomiques)
Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Mecircme srsquoil est difficile de deacutefinir une colonne corticale de faccedilon formelle la notion demeure attrayante parce qursquoelle suggegravere qursquoon peut simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral
Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Donc cela suggegravere qursquoon pourrait simplifier lrsquoinsurmontable complexiteacute du cacircblage ceacutereacutebral en un arrangement de drsquouniteacutes similaires organiseacutees en parallegravele
Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Le problegraveme devient soudainement plus abordable comprenez une colonne ldquogeacuteneacuteriquerdquo et vous les comprendrez toutes
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Gracircce agrave leurs prolongements les neurones creacuteent des reacuteseaux tregraves interconnecteacutes ougrave lrsquoactiviteacute drsquoun neurone peut influencer lrsquoactiviteacute drsquoautres neurones eacuteloigneacutes
Il y a aussi des circuits neuronaux entre diffeacuterentes structures ceacutereacutebrales comme le cortex et le thalamus
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
ldquoThe adaptation of a biological cell into a structure capable of receiving and integrating input making a decision based on that input and signaling other cells depending on the outcome of that decision is a remarkable feat of evolution raquo httpmcacmacmorgmagazines20118114944-cognitive-computingfulltext Dharmendra S Modha Rajagopal Ananthanarayanan Steven K Esser Anthony Ndirango Anthony J Sherbondy Raghavendra Singh Communications of the ACM Vol 54 No 8 Pages 62-71 (2011)
laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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laquo Le fait qursquoune cellule vivante se soit adapteacutee en une structure capable de recevoir et drsquointeacutegrer des donneacutees
de prendre des deacutecisions fondeacutees sur ces donneacutees et drsquoenvoyer des signaux aux autres cellules
en fonction du reacutesultat de cette inteacutegration est un exploit remarquable de leacutevolution raquo
De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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De petits potentiels excitateurs ou inhibiteurs sont donc constamment geacuteneacutereacutes sur les dendrites et le corps cellulaire du neurone suite agrave la fixation des neurotransmetteurs sur leurs reacutecepteurs La diffusion passive de ces potentiels post-synaptique (leur intensiteacute diminue avec le trajet) amegravene une sommation de leurs effets excitateurs ou inhibiteurs Et plus la deacutepolarisation sera grande pregraves de la zone gacircchette du deacutebut de lrsquoaxone plus cette deacutepolarisation sera susceptible dengendrer un potentiel daction
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Les neurosciences computationnelles
- Niveau computationnel [modeacutelisation matheacutematique]
- Niveau neuronal ceacutereacutebral [impleacutementation biologique]
Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Mais beaucoup de donneacutees se sont accumuleacutees et montrent qursquoil y a une ldquovaleur ajouteacuteerdquo dans la synchronisation temporelle preacutecise des potentiels drsquoaction
computation coding + dynamics
Lrsquoapproche dominante a toujours consideacutereacute que les neurones encodent lrsquoinformation en terme de leur taux de deacutecharge
et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
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Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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et avoir introduit lrsquoactiviteacute eacutelectrique dans ces circuitshellip
Donc apregraves avoir placeacute un peu lrsquoanatomie des circuits nerveuxhellip
on va maintenant observer lrsquoapparition de variations cycliques dans cette activiteacute eacutelectrique agrave diffeacuterentes eacutechelle incluant agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Plusieurs neurones montrent en plus une activiteacute spontaneacutee (cyclique) de base
On a vu que chaque neurone est donc un inteacutegrateur extrecircmement dynamique
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Na
K
Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
K
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Et notre cerveau regorge de forces qui srsquoopposent agrave commencer par les canaux ioniques qui deacutepolarisent ou hyperpolarisent les neurones
Gyoumlrgy Buzsaacuteki les pheacutenomegravenes fluctuants (ou cycliques) comme les oscillations neuronales sont omnipreacutesents dans la nature Il suffit que deux forces srsquoopposent pour que le calme plat soit rapidement remplaceacute par un rythme
Et crsquoest ce qui va permettre agrave de nombreux neurones drsquoavoir une activiteacute spontaneacutee dont le rythme et la signature varie mais qui peuvent faire des bouffeacutees rythmiques par exemple
Na
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Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Na
K
Donc premiegravere faccedilon de geacuteneacuterer des rythmes - par les proprieacuteteacutes intrinsegraveque de la membrane du neurone (laquo endogenous bursting cells raquo) Thalamus presque tous les neurones Cortex non Cortex enthorinal (pregraves de lrsquohippocampe) certains neurones
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Les neurones ont des dendrites et des axones pour communiquer rapidement avec drsquoautres neurones
Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Un bref aperccedilu de la pompe au sodiumpotassium
lrsquoune des nombreuses proteacuteines qui rend possible lrsquoinflux nerveux
Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Crsquoest seulement en 2009 que sa structure globale a pu ecirctre observeacutee
Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Mais on srsquoeacutetait toujours demandeacute comment la pompe faisait pour prendre des ions sodium dans la premiegravere phase de son travail et des ions potassium dans la deuxiegraveme sans se tromper Dans un articles publieacute dans Nature en octobre 2013 Kanai et al ont pu deacutemontrer que la cleacute reacuteside dans le fait que la pompe change de conformation entre ces deux eacutetapes
Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Par exemple dans la premiegravere conformation elle possegravede une caviteacute comportant trois logements qui ont exactement la taille drsquoions sodium Mais ces logements sont trop petits pour accepter des ions potassium Ce reacuteglage tregraves preacutecis permet agrave la pompe de discriminer entre les deux sortes drsquoions Et de creacuteer ainsi le potentiel de repos qui rendra possible les potentiel drsquoaction Et agrave partir de lagrave le cerveau pourra commencer agrave penserhellip
Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Chez une synapse ayant subie une potentialisation agrave long terme la densiteacute post-synaptique va apregraves quelques heures srsquoeacutelargir suite agrave lrsquoaccumulation de nouvelles proteacuteines dans cette zone La zone active de seacutecreacutetion va aussi croicirctre stimuleacutee de maniegravere reacutetrograde ie du neurone post-synaptique au neurone preacute-synaptique
Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Les voies nerveuses qui servent souvent vont mecircme pouvoir modifier la microstructure complexe des eacutepines dendritiques pour que le contact synaptique entre deux neurones devienne plus intime
Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Les neurones pyramidaux du groupe venant de lrsquoenvironnement enrichi ont davantage drsquoeacutepines dendritiques que ceux des rats du groupe standard agrave la fois dans les couches IIIII et VVI
Eacutepines dendritique de neurones du cortex somatosensoriel de rats adultes ayant grandi dans des cages standard ou dans un environnement enrichi durant 3 semaines
Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Wednesday February 03 2016 The neuroscience of poverty httpmindblogdericbowndsnet201602the-neuroscience-of-povertyhtmlutm_source=feedburneramputm_medium=feedamputm_campaign=Feed3A+Mindblog+28MindBlog29 This open source review article by Alla Katsnelson is sobering and worth a read The major foci in the brain that appear to show disparities in poor children are the hippocampus and frontal lobe I pass on this graphic illustrating the decline in total brain gray matter (nerve cell) volume in young children of middle and low socioeconomic status individuals
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Neuroscience - Long-Term Potentiation Carleton University httpswwwyoutubecomwatchv=vso9jgfpI_c
Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Mais on en connaicirct beaucoup drsquoautreshellip
On a donc des meacutecanisme de plasticiteacute synaptique comme la potentialisation agrave long terme (PLT) deacutecouverts dans les anneacutees 1970 qui rendent possibles les pheacutenomegravenes drsquoapprentissage et de meacutemoire
Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Il y a aussi la laquo deacutepression agrave long terme raquo ou DLT Elle peut ecirctre produite par des influx nerveux arrivant agrave la synapse agrave basse freacutequence (1 agrave 5 Hertz) La synapse subit alors une transformation inverse agrave la PLT la connexion synaptique est affaiblie Certains modegraveles de la meacutemoire proceacutedurale postulent ainsi que les reacuteseaux nerveux du cervelet deviendraient plus performants en deacuteprimant les synapses qui ont conduit agrave des erreurs lors dun apprentissage moteur
La LTD pourrait aussi ecirctre mise en jeu pour seacuteparer des circuits qui ont avantage agrave travailler indeacutependamment
Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Un 3e et dernier exemple que je donnerai est la plasticiteacute deacutependante du temps doccurrence des impulsions (en anglais laquo Spike-timing-dependent plasticity raquo ou STDP) Il srsquoagit drsquoun autre processus de modification du poids des synapses mis en eacutevidence plus reacutecemment (deacutebut ndash milieu des anneacutees 1990)
Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Si un neurone preacute-synaptique tend en moyenne agrave faire feu tout juste avant que le neurone post-synaptique eacutemette lui aussi un influx nerveux alors cet input preacute-synaptique va devenir plus efficace Mais si lrsquoinput preacute-synaptique arrive immeacutediatement apregraves le deacuteclenchement du potentiel drsquoaction du neuron post-synaptique alors il sera par la suite moins efficace
Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Cela fait eacutecho au niveau cellulaire agrave ce que lrsquoon observe au niveau comportemental dans le conditionnement classique avec en plus la mecircme importance fondementale au niveau de la seacutequence temporelle des stimuli
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Au deacutebut du 20e siegravecle le biologiste allemand Richard Semon proposait sa theacuteorie de lrsquoengram mneacutesique (the engram theory of memory (Semon 1923))
Mais la theacuteorie fut presque complegravetement ignoreacutee jusqursquoagrave tard dans les anneacutees 1970 ougrave Daniel Schactor James Eich and Endel Tulving lrsquoont rameneacutee agrave lrsquoordre du jour (Schacter et al 1978)
Et ccedila revient en force ces derniegraveres anneacutees Identification and Manipulation of Memory Engram Cells (2014) Xu Liu123 Steve Ramirez1 Roger L Redondo12 and Susumu Tonegawa12 httpsymposiumcshlporgcontent7959full
What is memory The present state of the engram (2016) httpwwwncbinlmnihgovpmcarticlesPMC4874022
ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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ldquosi une partie des stimuli originaux sont rencontreacutes agrave nouveau ces neurones constituant lrsquoengramme sont reacuteactiveacutes pour eacutevoquer le rappel de ce souvenir speacutecifiquerdquo
La theacuteorie de Semon contenait implicitement lrsquoideacutee de ldquopattern completionrdquo comme meacutecanisme de rappel
Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
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05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Le substrat physique de notre meacutemoire au niveau cellulaire serait donc ces reacuteseaux ou laquo assembleacutees de neurones raquo seacutelectionneacutes (les ldquocell assembliesrdquo de Donald Hebb)
Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Par conseacutequent notre meacutemoire nrsquoest pas stockeacutee dans notre cerveau comme lrsquoest celle drsquoun ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une eacutetagegravere
Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
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05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Ces synapses nrsquoeacutetant jamais exactement les mecircmes jour apregraves jourhellip La meacutemoire humaine est forceacutement une reconstruction
Drsquoougrave par exemple le pheacutenomegravene des laquo faux souvenirs raquo
Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Certains de ces reacuteseaux vont aussi constituer lrsquoautre grande maniegravere qursquoutilise le cerveau pour produire ses rythmes
Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Exemple drsquoactiviteacute rythmique provenant des microcircuits corticaux formeacutes des interneurones et des cellules pyramidales
Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Thalamus Cortex
Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Potentiels drsquoaction niveau laquo micro raquo
EEG niveau laquo macro raquo
Potentiels de champ locaux niveau laquo meso raquo
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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Bref il fut un temps pas si lointain dans lrsquohistoire des neurosciences ougrave le caractegravere chaotique de lrsquoensemble de ces oscillations associeacute agrave du bruit de fond eacutetait peu consideacutereacute voire rameneacute agrave un eacutepipheacutenomegravene sans importance Cette eacutepoque est toutefois bien reacutevolue En effet la dimension temporelle de lrsquoactiviteacute ceacutereacutebrale qui se traduit par ces rythmes ceacutereacutebraux est maintenant au cœur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil ou la conscience
Gyoumlrgy Buzsaacuteki - My work httpswwwyoutubecomwatchv=UOwCbtqVzNU
(200 agrave 430)
Fait des distinctions de base fort importantes commehellip
Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Oscillations
(selon un certain rythme
(en Hertz)
et
Synchronisation (activiteacute simultaneacutee)
ou non
(sont des pheacutenomegravenes diffeacuterents mais souvent lieacutees)
gt 30 - 35 Hz
13 -15 agrave 60 Hz
8 agrave 12 Hz
3 - 4 agrave 7- 8 Hz
05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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05 agrave 3 -4 Hz
Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Ces oscillations dans les reacuteseaux de neurones sont aussi capables de couvrir plusieurs bandes de freacutequences en mecircme temps qui peuvent ainsi se superposer
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Car lorsque deux populations de neurones oscillent au mecircme rythme il devient beaucoup plus facile pour elles de synchroniser un grand nombre drsquoinflux nerveux en adoptant simplement la mecircme phase dans leur oscillation
Du coup ce sont des assembleacutees de neurones entiegraveres qui se laquo reconnaissent et se parlent raquo
Les oscillations sont une faccedilon tregraves eacuteconome pour le cerveau de favoriser une synchronisation drsquoactiviteacute neuronale soutenue rappelle Gyoumlrgy Buzsaacuteki
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Drsquoautres rocircles fonctionnels possibles pour les oscillations neuronales
Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Rodolfo Llinaacutes qui a travailleacute sur le rocircle des rythmes neuronaux que lrsquoon observe entre le thalamus et le cortex rappelle pour sa part lrsquoimportance des oscillations neuronales pour synchroniser diffeacuterentes proprieacuteteacutes drsquoune perception proprieacuteteacutes qui activent souvent des reacutegions distinctes et distantes dans le cerveau
Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Car si des reacutegions distinctes des aires visuelles reacuteagissent agrave la forme agrave la couleur agrave lrsquoemplacement etchellip
Alors on peut se demander comment les caracteacuteristiques drsquoun mecircme objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que lrsquoon a de chacun des deux objets sans en meacutelanger les caracteacuteristiques Voilagrave qui pose problegraveme de liaison ou selon lrsquoexpression anglaise consacreacutee un laquobinding problemraquo
On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
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Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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On peut creacuteer une rivaliteacute binoculaire en regardant dans des oculaires qui donnent agrave voir une image diffeacuterente pour chaque oeil Dans ces conditions la perception subjective du sujet va osciller entre deux eacutetats il verra tantocirct le stimulus preacutesenteacute agrave lœil gauche tantocirct celui preacutesenteacute agrave lœil droit
Si lrsquoon fait cette expeacuterience en enregistrant lrsquoactiviteacute du cerveau des sujets auxquels on demande dindiquer lequel des deux stimuli ils perccediloivent agrave un moment donneacute on observe une variation de lactiviteacute de certaines reacutegions du cerveau en fonction de lexpeacuterience subjective
On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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On observe donc la formation drsquoassembleacutees de neurones transitoires rendues possible par des oscillations et des synchronisations
qui se produisent non seulement dans certaines structures ceacutereacutebrales mais dans des reacuteseaux largement distribueacutes agrave lrsquoeacutechelle du cerveau entier
de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
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Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
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The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
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Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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de lrsquoeacutechelle laquo micro raquo
agrave lrsquoeacutechelle laquo macro raquo
Car il faut se rappeler que peu importe lrsquoeacutechelle que lrsquoon considegraverehellip
helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
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Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
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Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
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Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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helliple cerveau est anatomiquement laquo surconnecteacute raquo et doit trouver une faccedilon de mettre en relation (de laquo synchroniser raquo ) agrave tout moment les meilleures laquo assembleacutees de neurones raquo pour faire face agrave une situation
laquo Connective core raquo (M Shanahan)
Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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Crsquoest lrsquoideacutee geacuteneacuterale que lrsquoon peut agrave partir de lrsquoorganisation drsquoun systegraveme complexe en reacuteseau comme le cerveau deacutegager un certain nombre de ldquohubsrdquo crsquoest-agrave-dire de points de passage plus freacutequemment utiliseacutes pour construire les coalitions entre assembleacutees de neurones
The fiber architecture of the human brain as revealed by diffusion imaging (left) a reconstructed structural brain network (middle) and the location of the brains core its most highly and densely interconnected hub (right)
Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
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Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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Multi-task connectivity reveals flexible hubs for adaptive task control bullMichael W Cole et al Nature Neuroscience 16 1348ndash1355 (2013)
Cette eacutetude deacutetaille la position centrale drsquoun ldquoflexible hubrdquo permettant de basculer drsquoun reacuteseau fonctionnel agrave un autre parmi les 9 principaux deacutecrits comprenant 264 sous-reacutegions
Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
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Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
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Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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Pas de laquo centre de raquo dans le cerveau
Neuromythe agrave oublier
laquo There is no boss in the brain raquo
- M Gazzaniga
ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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ldquoFor example Russell Poldrack (2006) est [hellip] that current evidence for the notion t Brocarsquos area is a ldquolanguagerdquo region is f weak in part because it was more freque activated by non-language tasks than by language-related onesrdquo (Michael Anderso
Plusieurs donneacutees remettent en question une conception tregraves speacutecialiseacutee des aires ceacutereacutebrales heacuteriteacutee en grande partie de lrsquoideacutee de module speacutecialiseacute (Fodor)hellip
Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
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Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
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Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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Cela dit ce nrsquoest pas parce qursquoil y a tregraves peu de chance de trouver des laquo centre de raquo quoi que ce soit dans le cerveau que lrsquoon ne peut pas y trouver des structures ceacutereacutebrales bien diffeacuterencieacutees avec circuits neuronaux capables drsquoeffectuer des calculs particuliers Car on trouve effectivement beaucoup de ces structures aux capaciteacutes computationnelles particuliegraveres mais auxquelles on ne peut accoler une eacutetiquette fonctionnelle unique comme les circuits de lrsquohippocampe ou du cervelet
Mais ils vont toujours ecirctre en collaboration avec drsquoautres reacutegions pour former des reacuteseaux
The evolution of distributed association networks in the human brain Randy L Buckner amp Fenna M Krienen Trends in Cognitive Sciences Vol 17 Issue 12 648-665 13 November 2013
On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
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Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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On a pu identifier plusieurs reacuteseaux ceacutereacutebraux agrave large eacutechelle actifs dans diffeacuterentes situations (correacutelation drsquooscillations lentes agrave partir drsquoune zone prise comme reacutefeacuterence)
Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
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Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
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Raichle et ses collegravegues ont renverseacute la perspective jusque-lagrave admise au lieu de voir ces reacutegions comme eacutetant simplement deacutesactiveacutees durant les tacircches ils les ont consideacutereacute comme eacutetant plus actives quand les sujets ne faisaient aucune tacircche leur donnant ainsi une raison drsquoecirctre
A default mode of brain function Raichle ME et al Proc Natl Acad Sci U S A 2001 98 676ndash682
Is the Default Mode of the Brain to Suffer January 19 2017 httpnymagcomscienceofus201701why-your-mind-is-always-wanderinghtml
Lundi 29 septembre 2014 Qursquoest-ce qui deacutetermine laquo ce qui nous trotte dans la tecircte raquo On se trouve souvent dans deux grands eacutetats mentaux qui srsquoopposent et sont drsquoune certaine faccedilon mutuellement exclusifs
Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
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Soit notre reacuteseau du mode par deacutefaut nous repasse des extraits de ce film de notre vie personnelle et sociale quand nous sommes peu solliciteacute par notre environnement Ou soit par lrsquoentremise freacutequente de reacutegions frontales de notre cortex nous concentrons notre attention sur une tacircche cognitive pour la reacutesoudre
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
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The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
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Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
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Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
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The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Et crsquoest ce que lrsquoon observe une anti-correacutelation entre les activiteacutes de ces deux systegravemes qui est visible dans leur activiteacute spontaneacutee au repos
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The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
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Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
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laquo ideacutees noires raquo
Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
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Modegraveles impliquant le reacuteseau du mode par deacutefaut en psychiatrie pour la deacutepression Depressive Rumination the Default-Mode Network and the Dark Matter of Clinical Neuroscience J Paul Hamilton Madison Farmer Phoebe Fogelman Ian H Gotlib Received July 28 2013 Received in revised form February 9 2015 Accepted February 11 2015 Published Online February 24 2015 httpwwwbiologicalpsychiatryjournalcomarticleS0006-322328152900143-2abstract Default mode network mechanisms of transcranial magnetic stimulation in depression Liston C1 Chen AC2 Zebley BD3 Drysdale AT4 Gordon R4 Leuchter B4 Voss HU5 Casey BJ4 Etkin A2 Dubin MJ4 Biol Psychiatry 2014 Oct 176(7)517-26 doi 101016jbiopsych201401023 Epub 2014 Feb 5 httpwwwncbinlmnihgovpubmed24629537
The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
Conclusion - ma meacutetaphore ceacutereacutebrale preacutefeacutereacutee
Bonne meacutetaphore
Il faut penser le cerveau en terme drsquoactiviteacute dynamique comme des musiciens de jazz
Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
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The human brain is intrinsically organized into dynamic anticorrelated functional networks Fox et al (2005) PNAS httpwwwpnasorgcontent102279673full
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Embodied Inference or ldquoI think therefore I am if I am what I thinkrdquo
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laquo Il pleut tout le temps dans notre cerveau raquo
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Mais ma meacutetaphore preacutefeacutereacutee demeurehellip
Le flux de lrsquoeau est lrsquoactiviteacute eacutelectrique du cerveau qui fluctue constamment Et ces fluctuations sont contraintes par le systegraveme nerveux humain issu de sa longue histoire eacutevolutive
Mais sur une eacutechelle de temps plus longue le lit de la riviegravere est eacuterodeacute par lrsquoeau et se modifie Tout comme les petites routes de nos circuits nerveux sont modifieacutees par notre histoire de vie
Je vous remercie
de votre attention
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