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Le cerveau humain, complexe, prodigieux, mystérieux

Cent milliards de neurones, cent mille milliards de connexions entre ces cellules nerveuses.Dans cet inextricable écheveau de cellules, comment fonctionne le cerveau?

Le XXIe  siècle sera celui du cerveau, entend-on dire. Mais comment étudier le fonctionnement d’un organe si complexe, si unique, si spécifiquement humain avec toute sa dimension psychologique? Car s’il pilote notre vie végétative (respiration, circulation, digestion), notre cerveau est également le siège de nos pensées et actes – conscients et inconscients –, de notre mémoire, de nos rêves, de nos relations sociales, de nos sentiments, de notre âme, pensent certains.

Le connaît-on mieux? Voici cinq domaines dans lesquels les neuroscientifiques ont permis récemment des progrès de la connaissance.

Le cerveau est une immense toile d’araignée dont les branchements évoluent au cours du temps. Anatomiquement parlant, on pensait autrefois que le cerveau était câblé de façon standardisée et définitive et qu’il fonctionnait selon des programmes automatiques, prédéterminés. On supposait également que le cerveau était découpé en grandes zones jouant un rôle précis et immuable, par exemple dans le langage, la mémoire, voire la bêtise ou la brutalité comme le prétendait la phrénologie en 1890. Depuis les années 1980, on sait que c’est bien différent. Le cerveau est capable d’évoluer au cours du temps, en fonction de l’âge, d’expériences vécues, de certains accidents comme la perte d’un membre ou de la vue. Ce que Jean-Pierre Changeux et d’autres neurobiologistes ont appelé la «plasticité neuronale» ou synaptique, une synapse étant une connexion entre deux neurones. Aujourd’hui, on considère que le cerveau est constitué de «réseaux de neurones», et que la plasticité synaptique est à l’origine de l’apprentissage et de la mémoire. À chaque fois que l’on apprend et mémorise quelque chose, un ou plusieurs réseaux sont activés et le passage de l’influx nerveux «renforce» ce réseau.

Le cerveau est un organe fonctionnant en continu. Ou presque. C’est ce qu’a montré, dans les années 2010, une équipe de neurobiologistes de l’université Washington (Saint-Louis du Missouri). Contrairement à ce qui se passe pour la plupart des autres organes de notre corps qui, comme le cœur, fonctionnent au ralenti durant le sommeil ou une anesthésie, le cerveau, lui, n’est jamais au repos et se maintient toujours à un niveau d’activité correspondant à 60 à 80% de l’énergie totale qu’il utilise. Nos aires cérébrales continuent de communiquer et de discuter entre elles, comme l’ont montré des mesures de la consommation en oxygène. On pense que cet état d’activité élevé sert à organiser les souvenirs et à anticiper sur le futur, notre système moteur étant alors prêt à réagir au quart de tour ! Tout récemment, Sid Kouider et son équipe du Laboratoire des sciences cognitives (CNRS-EHESS-ENS) ont démontré que, même endormi, le cerveau continue à percevoir des mots, à en comprendre le sens et à les classer !

Le cerveau est doté de cellules-souches. On pensait que les neurones apparaissaient au cours du développement embryonnaire et que leur nombre s’amenuisait ensuite au cours de la vieillesse, sans aucune possibilité de régénération. Ce dogme s’est effondré dans les années 1980 avec la découverte par une équipe de l’université Rockefeller (New York) de l’existence de cellules-souches dans le centre vocal du cerveau du canari au printemps, un renouvellement de neurones qui est associé à une modification du chant au moment précis de la période de reproduction. Depuis, Pierre-Marie Lledo de l’Institut Pasteur a identifié, par optogénétique (voir ci-contre), des cellules-souches adultes dans le bulbe olfactif des rongeurs, tandis qu’on en a trouvé chez l’homme dans deux régions : la bordure des ventricules cérébraux (cavité centrale de l’encéphale) et dans l’hippocampe (structure du lobe temporal médian, ayant la forme du cheval de mer). On pense que, dans cette dernière zone, les néo-neurones participent à l’acquisition de la mémoire. Il semble également que la naissance de nouveaux neurones (neurogenèse) soit perturbée dans des maladies comme l’épilepsie, Alzheimer ou un AVC. Les chercheurs estiment que des cellules-souches se cachent encore, sous forme dormante, dans d’autres régions. Enfin, de récents travaux suggèrent que l’environnement fœtal, notamment le taux de certaines hormones maternelles, exerce uneinfluence considérable sur la maturation des circuits neuronaux.

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La presse en parle

Exploration ludique du cerveau à la Villette

À la Cité des sciences et de l’industrie, à Paris, une exposition permanente propose aux petits et aux grands de comprendre ce qu’ils ont dans la tête et de tester en s’amusant leurs capacités cérébrales.

Qu’est ce qui est mou, gras et pèse 1,3 kg ? Réponse : notre cerveau, cet organe complexe et fascinant, sans lequel nous ne pourrions ni percevoir, ni ressentir, ni agir. La Cité des sciences et de l’industrie, porte de la Villette à Paris, lui consacre désormais un espace de 800 m2 qui fait la part belle aux animations interactives pour décortiquer en famille les capacités de son cerveau. À vous de jouer !

Mais au fait, c’est quoi le cerveau ? Dans une première salle, le visiteur est invité à manipuler, comparer. Oscar, 9 ans, soupèse un poids correspondant à celui d’un cerveau d’un adulte (1,3 kg soit 2 % de sa masse corporelle) ; une ampoule donne une idée de sa puissance en période de travail intense : 38 watts ; et un TGV en marche, de la vitesse de circulation de l’information : 360 km/h.

ais le plus surprenant est de découvrir, en tirant sur une poignée, la surface réelle de cet organe naturellement plissé. Le cortex déployé mesure 0,25 m2 soit l’équivalent d’une taie d’oreiller ! Un peu plus loin, trois maquettes se livrent aux petites mains expertes : ouvrir et fermer la tête d’un mannequin pour visualiser le cerveau en place, puis couper celui-ci en deux, enfin de le démonter ou de le remonter dans la boîte crânienne.

100 MILLIARDS DE NEURONES DÈS LA NAISSANCE

Pendant ce temps, Amandine, 14 ans, se plonge dans un petit film relatant en cinq minutes les étapes de la croissance du cerveau lequel commence à se former ­in utero, dès la troisième semaine de gestation. À la naissance, le bébé possède près de 100 milliards de neurones !

Les cerveaux ont tous la même forme, la même organisation. Pourtant, vu de près, chacun est différent.

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La presse en parle Le cerveau dans la presse

Neurochirurgie et cerveau

Lisez cet article totalement passionnant sur le travail du professeur Hugues DUFFAU.

Cet article à  lui seul démontre que nous avons encore beaucoup à apprendre sur l’organisation du cerveau. Les avancées technologiques vont vraisemblablement faire voler en éclat des certitudes jusqu’alors reconnues de tous.

 

Lauréat de l’équivalent du prix Nobel en neurochirurgie, Hugues Duffau affirme dans le numéro d’octobre de la revue Brain que la zone de la parole dans le cerveau n’existe pas. Il développe son propos pour L’Express.

l y a dix-sept ans, lorsque vous avez pour la première fois opéré une patiente par la chirurgie éveillée, imaginiez-vous qu’elle mènerait une vie normale?

Je n’aurais pas osé en rêver. A mes débuts, les patients vivaient en moyenne huit ans après leur diagnostic de cancer du cerveau, alors très pénible à annoncer. On les opérait endormis, en ôtant le minimum de la tumeur pour ne pas risquer de toucher une zone essentielle. Nous avions la hantise que le patient se réveille muet ou paralysé. A la longue, cette tumeur finissait par récidiver.

La chirurgie éveillée a tout changé. Je l’ai pratiquée pour la première fois sur une femme de 25 ans. Elle a repris son travail d’infirmière, elle est devenue maman. Sa tumeur s’est stabilisée sans jamais se montrer maligne. Je la revois uniquement pour des contrôles, à deux ans d’intervalle. A ce jour, j’ai opéré plus de 500 personnes, et 90 % d’entre elles sont toujours de ce monde. Moins de 0,5% conserve des séquelles de l’intervention. L’ambiance a du coup radicalement changé dans les services comme le nôtre. Les patients ne se sentent plus aussi menacés, ils veulent surtout savoir s’ils pourront mener la même vie qu’avant.

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Mémoire

La mémoire et ses territoires

Nous avons souvent la volonté de tout mettre dans des cases, mais la mémoire, compte tenu de sa forme multiple n’est pas stockée dans un lieu unique mais mobilise au contraire des zones réparties dans tout le cerveau . Cet ensemble est connecté par des faisceaux de neurones qui assurent la circulation de l’information et sa cohérence.
Cette notion est très importante car elle va conditionner la stratégie à adopter pour mieux mémoriser.
Toutefois les cinq formes de mémoire ont leurs zones de prédilection.
La mémoire de travail (de court terme) va solliciter la région prèfrontale (Le front a l’avant du cerveau). Cette région est le lieu de prédilection des fonctions sensitives, motrices et cognitives (élaboration de la pensée, interaction avec l’environnement) .
La mémoire sémantique (les connaissances) va mettre en action plusieurs zones et principalement le cortex prèfrontal et le lobe temporal de l’hémisphère gauche.
La mémoire épisodique (celle des événements) fait appel au cortex frontal (souvenirs) et au lobe occipital situé à l’arrière du cerveau (image mentale).
Celle-ci fait également intervenir une structure capitale : l’hippocampe. Ce centre d’aiguillage bilatéral (sur chaque hémisphère) va jouer un rôle essentiel dans le stockage à Long Terme
La mémoire perspective va venir activer les zones sensorielles qui vont enregistrer l’information.
Les informations auditives vont se stocker au niveau du lobe temporal et les informations visuelles au niveau du lobe occipital.
La mémoire procédurale (celle du savoir-faire des automatismes) va faire appel aux zones liées à la motricité dont le cervelet et les ganglions de la base.

Action : faites l’exercice de mémoriser ces informations. Mettez une alarme dans votre portable (par exemple) et essayer de vous rappeler l’ensemble de ces informations le lendemain. Pour mémoriser ces informations faites appel à plusieurs de vos sens. Ce soir avant de vous coucher refaite une petite mise à jour de vos informations. De cette façon dans la nuit, votre cerveau travaillera pour vous et vos informations seront stockées de façon plus fiable et plus durable.