Cours 11

Question 1

Les structures vocales (pas important)

Answer 1

La production de la parole nécessite l’activation d’une centaine de muscles! Tous commandés par le cortex moteur.

L’air qui sort des poumons fait vibrer les cordes vocales situées dans le larynx. La production d’un son provient de la fréquence de vibration des cordes vocales.

Le son produit par les vibrations est ensuite modulé par les structures supérieures dont le pharynx, la bouche et le nez

Question 2

Les aires du langage dans l’hémisphère gauche: aire de Broca

Answer 2

L’aphasie est la perte partielle ou complète de l’utilisation du langage consécutive à des lésions cérébrales (les autres facultés cognitives sont intactes).

En 1861, un patient presque incapable de parler se présenta au neurologue français Paul Broca : le seul son qu’il pouvait émettre était « tan », et c’est ainsi qu’on appela ce patient « Tan ».

Tan décéda peu de temps après et l’autopsie post-mortem démontra une lésion du lobe frontal dans l’hémisphère gauche.

Après d’autres autopsies de patients avec troubles du langage consécutif à des lésions cérébrales, Broca conclut que l’expression du langage est contrôlée par une aire du lobe frontal de l’hémisphère gauche, car la parole n’était pas perturbée par les lésions de l’hémisphère droit.

C’était la première démonstration de l’existence d’une localisation anatomique des fonctions cérébrales.

Question 3

La dominance hémisphérique du langage

Answer 3

La procédure de Wada est une méthode pour déterminer le rôle des 2 hémisphères dans le langage. L’anesthésie d’un des 2 hémisphères a permis de démontrer que l’expression orale est altérée seulement par l’anesthésie de l’hémisphère gauche.

Fig. A: Méthode: injection d’un barbiturique (sédatif, anesthésiant) à effet rapide (Amytal) dans la carotide d’un côté du cou. La solution se répand dans le flux sanguin de l’hémisphère ipsilatéral et a un effet anesthétique pendant 10 minutes. (Effet soudain et violent: paralysie et perte de sensation des membres du côté du corps controlatéral par rapport à l’injection.)

Une injection pratiquée dans l’hémisphère dominant pour la parole rend le patient incapable de parler; tandis qu’une injection dans l’autre hémisphère n’affecte pas la parole.
Donc certaine personne se serait bilatéral (AVC = bilatéral = permet l’adaptation)

Question 4

Aire de Wernicke

Answer 4

En 1874, le neurologue allemand Karl Wernicke signala qu’une lésion située sur la surface supérieure du lobe temporal gauche, entre le cortex auditif et le gyrus angulaire, compromet la compréhension. C’est l’aire de Wernicke.

Tandis que l’aire de Broca, responsable de la production de la parole, est située à proximité des zones du cortex moteur qui contrôlent les mouvements de la bouche et des lèvres.

Question 5

Analyse récente du cerveau de «Tan»

Answer 5

Nina Dronkers a re-analysé avec l’IRM le cerveau du patient de Paul Broca, Monsieur Leborgne (« nommé Tan »), et a découvert que, ce qu’on appelle l’aire de Broca, n’était en fait que partiellement détruite chez ce patient. Par contre, il y avait de larges lésions dans l’insula et dans des faisceaux de fibres majeurs de cette région, tels que le faisceau arqué et le faisceau longitudinal supérieur (FLS).

Question 6

Aphasie de Broca

Answer 6

Le syndrome de l’aphasie de Broca est aussi qualifié de moteur ou non fluent. Le patient a des difficultés à parler mais comprend le langage écrit ou parlé.

Symptômes:
- difficulté à trouver les mots (anomie)
- discours style télégraphique (s’arrête souvent)
- utilise principalement les noms, verbes et adjectifs (pas les articles, conjonctions, etc.)

Question 7

Aphasie de Wernicke

Answer 7

L’aphasie de Wernicke est opposée de celle de Broca, le langage est fluide et volubile, mais manque de sens ou de suite logique.

Pour vérifier le niveau de compréhension d’un patient, on lui demande (oral ou par écrit) de faire semblant de se brosser les dents, de placer l’objet A au-dessus de l’objet B.
Le patient peut lire les cartons mais ne comprend pas les questions.

Symptômes: Absence de compréhension.

Question 8

Le modèle de Wernicke-Geschwind

Answer 8

Tâche No 1 : La répétition de mots entendus
Oreille -» nerf auditif-» cortex auditif
-» aire de Wernicke : décodage des mots (compréhension)
-» transfert par le faisceau arqué (pour pouvoir répéter les mots)
-» aire de Broca: planification des muscles
-» cortex moteur : lèvres, langue, larynx,…

Tâche no 2: Lire à haute voix un texte écrit
Yeux -» nerf optique, tractus et radiations optiques-» -» cortex visuel
-» gyrus angulaire : interprétation de ce qui est écrit; traitement des aspects phonologiques et sémantiques du langage
-» aire de Wernicke -» faisceau arqué
-» aire de Broca -» cortex moteur (lèvres, langue, larynx,…)

Question 9

Aphasie de conduction

Answer 9

L’aphasie de conduction serait due à une lésion des fibres du faisceau arqué, qui interrompt la connexion entre l’aire de Wernicke et l’aire de Broca tout en préservant l’intégrité de ces deux aires.

Symptômes: Difficulté dans les tests de répétition de mots:
- Mauvaise performance
- Transformation ou omission de mots
- La compréhension est préservée

Question 10

Aphasie des personnes qui utilisent le langage des signes

Answer 10

Chez les individus qui utilisent le langage des signes, les lésions de l’hémisphère gauche entrainent des déficits du langage comparables à ceux d’un aphasique verbal.

1. Dans certains cas proches de l’aphasie de Broca, la compréhension est préservée, mais la capacité à « parler » avec le langage des signes est sévèrement altérée alors que les mouvements des mains ne sont pas touchés (donc pas un problème de contrôle moteur).
2. Dans l’aphasie de Wernicke par le langage des signes, le patient utilise les signes avec facilité mais se trompe souvent. Il a aussi de la difficulté à comprendre les gestes d’autrui.

Question 11

Split-brain

Answer 11

Chez un patient split-brain, les hémisphères cérébraux sont séparés chirurgicalement pour des raisons thérapeutiques. Le plus gros faisceau d’axone, qui est responsable de la communication entre les hémisphères est le corps calleux

Basé sur des travaux antérieurs, qui avaient montré qu’une section du corps calleux sur les animaux, incluant les singes, n’avait pas entrainé de déficit majeur sur leur comportement; les chirurgiens ont sectionné les fibres du corps calleux chez l’homme pour traiter certaines formes sévères d’épilepsie (pour l’empêcher de s’étendre à l’autre hémisphère).

Traitement du langage chez les split-brain: stimulation visuelle d’un hémisphère
Pour tester les patients split-brain, les stimuli visuels doivent parvenir à un seul hémisphère. Comme on l’a déjà vu, le champ visuel gauche est perçu par l’hémisphère droit et le champ visuel droit par l’hémisphère gauche.

Un stimulus visuel est donc brièvement appliqué au niveau des champs visuels droit ou gauche à l’aide de projecteurs et d’obturateurs.

Des images ou des mots sont projetés sur un écran:

• S’ils sont projetés dans le champ visuel droit, ils parviennent à l’hémisphère gauche (langage) et peuvent être nommés sans difficulté.
• S’ils sont projetés dans le champ visuel gauche et parviennent à l’hémisphère droit, le sujet dit qu’il ne voit rien. Pas de communication entre les hémisphères

Compréhension du langage par l’hémisphère droit
Le mot « Balle » est présenté dans le champ visuel gauche d’un sujet split-brain :

• Le sujet dit qu’il ne voit rien car l’hémisphère gauche, qui contrôle normalement la parole, ne perçoit pas le mot, alors que l’hémisphère droit, qui voit le mot, ne sait pas parler.
• En l’absence du corps calleux, l’information sur le mot ne peut pas être transférée à l’hémisphère gauche, qui a la faculté de verbaliser.
• Cependant, la main gauche, qui est contrôlée par l’hémisphère droit, peut identifier un objet correspondant au mot simplement en le touchant.

Question 12

L’insula prédit mieux la dominance hémisphérique

Answer 12

La zone cérébrale qui parait présenter la meilleure corrélation, et donc la meilleure valeur prédictive sur la dominance hémisphérique, est l’insula.

Cependant, peu d’études ont été faites sur l’implication de cette région dans le langage.
L’insula est plutôt connue pour son implication dans les émotions et la perception du goût.

Donc, il n’y a pas de conclusion claire sur le rôle de l’asymétrie hémisphérique de l’insula, car on ne connait pas encore la fonction joué par l’insula dans le langage.

Question 13

Effet de la stimulation électrique chez 3 patients traités pour une épilepsie grave.

Answer 13

La stimulation de petites zones du cortex en différents points a des effets spécifiques sur la langage (les patients ne sont pas anesthésiés et peuvent donc parler):

Le langage n’est pas limité aux aires de Broca et de Wernicke, même si celles-ci restent très importantes; il est plus complexe que le modèle de Wernicke-Geschwind. D’autres aires corticales sont aussi impliquées et il y a une grande variabilité interindividuelle.

Question 14

Langage des signes

Answer 14

Voir photo
- Haut: sujets témoins - lecture de l’anglais Aires de Broca et Wernicke activées.

• Milieu: sujets témoins – perception du langage des signes, mais ils ne le comprennent pas.
  Aucune activité particulière.
• Bas: sujets sourds – lecture du langage des signes.

Aires de Broca et Wernicke activées à gauche: le langage des signes utilise les mêmes structures nerveuses que les sujets qui entendent normalement.

De plus, les images montrent l’activation des aires du langage dans l’hémisphère droit; le gyrus temporal supérieur (rouge) qui contient le cortex auditif est activé par la présentation des signes!

Zones rouges : plus activées, zones jaunes: moins activées

Question 15

Lecture en Braille

Answer 15

Image de TEP-scan chez un sujet qui lit le Braille.
La lecture du Braille (par les doigts) active le cortex somatosensoriel.

Il y a en plus une activation du cortex visuel ! (En jaune).

Il y aurait, comme chez les sourds, une réorganisation fonctionnelle du système nerveux (plasticité cérébrale).

Question 16

Le premier EEG humain publié

Answer 16

Aujourd’hui, l’EEG est essentiellement utilisé pour le diagnostic de certains états pathologiques, particulièrement les crises d’épilepsie et pour l’étude des différents stades du sommeil

Emplacement des électrodes pour un EEG
Une vingtaine d’électrodes sont placées à des endroits du cuir chevelu et reliées à un amplificateur et enregistrées. Des différences de potentiel (de quelques dizaines de microvolts) d’amplitude sont mesurées entre des paires d’électrodes.

L’EEG représente la différence de potentiel enregistré entre chacune de ces électrodes et une électrode de référence extracéphalique, c’est-à-dire non située sur le scalp mais sur le lobe de l’oreille).

Champ électrique généré par les courants synaptiques au niveau des cellules pyramidales:

C’est l’activité simultanée de plusieurs milliers de neurones qui génère un signal d’EEG assez fort pour être détecté. (C’est le dipôle qui permet le signal)

La synchronisation de l’activité des cellules corticales génère un EEG
a) Population de cellules pyramidales situées sous une électrode de EEG.

b) Décharge irrégulière des neurones pas de signal détectable en surface.

c) Si les neurones sont excités simultanément, les faibles signaux s’additionnent et génèrent un signal à la surface du crâne.

L’amplitude du signal dépend du degré de synchronisation de l’activité des neurones.

Question 17

Représentation d’un EEG caractéristique

Answer 17

Les rythmes sont classés selon leur fréquence et porte le nom d’une lettre grecque.

• rythme delta : lents (≤4Hz) et grande amplitude: sommeil profond.
• rythmes alpha (α) :(8 à 13 Hz): état de quiétude pendant l’éveil; d’amplitude plus importante dans les aires occipitales.
• rythmes gamma (y) (30 à 90Hz) sont parmi les plus rapides; état d’attention soutenue.
• fuseaux du sommeil (8 à 14Hz): état de sommeil

Premières secondes d’enregistrement:
- rythme α: état de quiétude pendant l’éveil
- Ouverture des yeux: suppression du rythme α.

Question 18

Synthèse des rythmes observés sur EEG

Answer 18

• Généralement, les rythmes de haute fréquence et de faible amplitude sont associés à la vigilance et à l’éveil, ou aux phases de rêve du sommeil.

• Les rythmes de basse fréquence et de grande amplitude, correspondent aux phases du sommeil sans rêve, ou à l’état pathologique du coma.

• Durand l’éveil, l’activité des neurones corticaux est relativement élevée, mais aussi relativement peu synchronisée (par exemple les ondes gamma).

Question 19

Rythmes EEG chez plusieurs espèces

Answer 19

Les rythmes servent probablement à coordonner l’activité de différentes régions du cerveau.

Les rythmes de l’EEG sont remarquablement constants chez tous les mammifères de la souris à l’humain; mais il y a certaines exceptions, par exemple les lapins, les chauves-souris et les hamsters ne possèdent pas de rythme alpha.

Question 20

Deux mécanismes de synchronisation des rythmes

Answer 20

La synchronisation des oscillations périodiques d’un grand ensemble de neurones peut se réaliser de deux façons:

a) La synchronisation des rythmes peut être obtenue à partir d’un générateur unique (pacemaker).

b) Ou peut être la conséquence d’un comportement collectif de tous les participants.

Modèle d’oscillateur à 2 neurones
Un circuit neuronal très simple formé d’un neurone excitateur et un neurone inhibiteur peut générer des décharges discontinues, ce qui crée les rythmes.

a) L’afférence excitatrice est activée en permanence

b) Le neurone excitateur (vert) active le neurone inhibiteur (noir)

c) Le neurone (noir) inhibe le neurone excitateur.

Lorsque le neurone vert est inhibé, le neurone noir n’est plus stimulé (donc ne peut plus inhiber). Comme l’afférence excitatrice est active en permanence, on recommence le cycle!
Partern on/off qui crée le rythme
On retrouve un tel circuit par exemple dans le thalamus.

Question 21

Les rythmes thalamiques génèrent les rythmes corticaux.

Answer 21

a) Les neurones thalamiques, grâce aux propriétés intrinsèques de ses neurones et à leurs interconnexions, génèrent des décharges très rythmiques, comme un pacemaker.

b) Les rythmes coordonnés du thalamus sont transmis au cortex par les projections thalamocorticales qui excitent les neurones corticaux.

D’autres rythmes corticaux ne dépendent pas du générateur thalamique mais dépendent de la coopération entre les neurones corticaux eux-mêmes (diapo 10).

Question 22

Crises d’épilepsie

Answer 22

L’épilepsie affecte 0,7% de la population mondiale; elle est plus commune dans les pays en développement dû aux infections et au manque de soins prénataux.
Les crises généralisées impliquent la totalité du cortex des deux hémisphères.
Les crises partielles sont localisées.

Dans les 2 cas, les neurones génèrent des décharges hypersynchrones anormales (production de grands signaux électroencéphalographiques).

• L’épilepsie chez l’enfant peut être liée à des causes génétiques ou à des pathologies de l’enfance; mais dans plusieurs cas la cause est inconnue.
• Chez les personnes âgées, elle est souvent la conséquence d’AVC, de tumeurs ou de la maladie d’Alzheimer.

Question 23

Les gènes impliqués dans l’épilepsie

Answer 23

• Les gènes qui ont déjà été identifiés codent pour des canaux ioniques, des transporteurs ou des récepteurs.

• Par exemple, une mutation sur les canaux sodiques peut faire qu’ils restent ouverts plus longtemps, donc le neurone devient hyperexcitable.

• Ou au contraire, c’est le GABA (inhibiteur) qui est moins efficace : défaut du récepteur, des enzymes de synthèse ou du mécanisme de libération.

• Il y a donc un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition synaptique dans le cerveau. Trop/pas assez

Question 24

EEG d’une crise d’épilepsie généralisée

Answer 24

Une crise d’épilepsie généralisée débute brutalement et est synchronisée sur toute la tête avec des signaux de grandes amplitudes (tous les neurones corticaux sont activés).

La crise entraine une perte de conscience avec une phase de contractions musculaires tonicocloniques. Durant la phase tonique, il y a un raidissement et une contraction soudaine des muscles; durant la phase clonique, le corps s’agite rapidement
Les crises partielles sont plus localisées, elles débutent dans une partie du cerveau et se propagent.

• Si elles débutent dans le cortex moteur: provoquent des mouvements cloniques limités à un membre.
• Si elles débutent dans une aire sensorielle: provoquent une sensation anormale nommée aura (odeur, lumière).
• Elles peuvent susciter des impressions de déjà vu.
• Elles peuvent aussi siéger dans l’hippocampe ou l’amygdale.

Question 25

Le sommeil

Answer 25

Phases du sommeil:
1) Mouvements oculaires rapides : REM sleep (rapid eye movement sleep) appelé aussi sommeil paradoxal.
L’EEG est comme celui de l’éveil (rapide et de faible amplitude) mais le corps est immobile, excepté les muscles oculaires; c’est la phase de rêves.

2) Sommeil à ondes lentes (non-REM sleep): rythme lent et de grande amplitude. La tension musculaire est réduite; ce sommeil est sans rêve et est fait pour le repos; il y a une activité accrue du système nerveux parasympathique.

Question 26

Sommeil lent et paradoxal:

Answer 26

Plusieurs cycles se répètent au cours d’une nuit de sommeil. Le sommeil à ondes lentes représente 75% du temps, et le sommeil paradoxal 25%.

a) Le sommeil à ondes lentes est divisé en 4 stades. Une nuit de sommeil est une succession des phases (stades) du sommeil à ondes lentes puis du sommeil paradoxal.

Ce cycle se répète toutes les 90 minutes avec une tendance à des épisodes de sommeil lent progressivement plus légers et des épisodes de REM sleep plus longs.
La moitié de nos rêves sont dans les dernières parties

Question 27

Rythmes EEG durant le sommeil
Voir photo

Answer 27

Stade 1: phase de transition; sommeil très léger, on peut se réveiller facilement (ne dure que quelques minutes).

Stade 2: un peu plus profond; il comprend des fuseaux du sommeil

Stade 3: comprend des rythmes delta lents de grande amplitude, sans mouvements du corps.

Stade 4: phase la plus profonde du sommeil avec de grands rythmes delta de 2Hz ou moins.

Sommeil paradoxal: rythmes β et gamma rapides avec de fréquents mouvements oculaires.

Au cours de la nuit, les stades 3 et 4 diminuent et la phase de sommeil paradoxal s’allonge (jusqu’à 30 à 50 min.).

Question 28

Le sommeil permet la consolidation des traces mnésiques

Answer 28

Le sommeil est l’état cérébral où se fait le mieux la consolidation vers la mémoire à long terme, par opposition à l’éveil qui est optimisé pour l’encodage de nouveaux apprentissages.

La consolidation nocturne se fait par une réactivation spontanée des souvenirs récemment encodés pendant le sommeil à onde lente.

Les études de neuro-imagerie montrent que les régions cérébrales actives à l’éveil au cours d’un apprentissage le sont à nouveau au cours du sommeil qui suit cet apprentissage, suggérant que ce dernier est « rejoué » pendant le sommeil pour favoriser son inscription dans la mémoire à long terme.

Un des rôles du sommeil serait donc de permettre la consolidation des traces mnésiques emmagasinées durant la journée.

• La privation de sommeil altère l’acquisition de nouveaux apprentissages.

Question 29

Les ondes de l’hippocampe

Answer 29

Il semble que ce sont les ondes de l’hippocampe, appelées « sharp-wave ripples » qui contribuent grandement à la réactivation neuronale nécessaire au processus de consolidation de la mémoire. C’est par celles-ci que l’hippocampe envoie au cortex l’information pertinente à retenir à long terme.

Si on désynchronise les « sharp-wave ripples » de l’hippocampe du rythme delta du cortex observé pendant le sommeil profond, on prévient la consolidation.

Question 30

Distinction entre rêve et sommeil paradoxal

Answer 30

Le rêve est un état subjectif mais le sommeil paradoxal est un état du cerveau.

• Le rêve est un phénomène ne pouvant être décrit que qualitativement à travers le récit personnel et souvent déformé.
• Le sommeil paradoxal peut faire l’objet de mesures physiologiques précises sur le tracé d’un EEG.

Nous rêvons tous à chaque nuit, même si on ne se souvient pas de nos rêves. C’est que le souvenir d’un rêve est très labile et s’efface en quelques minutes après l’éveil.

Pour se rappeler nos rêves du matin, il faut les noter dès notre réveil ou simplement les répéter pour qu’ils laissent une trace dans notre mémoire à long terme.

Question 31

Somnambulisme (encadré 19.2)

Answer 31

Marcher, parler et gémir sont des activités fréquentes au cours du sommeil!
Le sommeil paradoxal s’accompagne d’une paralysie du corps, il n’est donc pas possible de marcher même si on en rêve!

Le somnambulisme est plus fréquent chez les enfants, et se manifeste durant le stade 4 de la première période de la nuit.

Presque tous les individus parlent pendant leur sommeil de temps en temps, mais les sons sont mal articulés et vides de sens. C’est la somnoloquie.

Question 32

EEG du sommeil chez le dauphin

Answer 32

Les dauphins et les baleines ont besoin de respirer environ toutes les minutes. Que font- ils? Ils ne dorment qu’avec un seul hémisphère à la fois!
Les enregistrements ci-bas ont été effectués simultanément sur les deux hémisphères cérébraux chez des dauphins en train de nager.

(a) Rythmes de haute fréquence et de faible amplitude pendant la veille active, enregistrés sur les deux hémisphères.
(b) Rythme delta de forte amplitude correspondant au sommeil profond enregistré sélectivement sur l’hémisphère droit, avec un rythme rapide caractéristique de l’éveil enregistré simultanément à gauche.
(c) Quelque temps après, c’est l’inverse qui est enregistré.

Question 33

Neurotransmetteurs impliqués dans l’éveil

Answer 33

Les systèmes modulateurs diffus sont des régulateurs du cerveau qui modifient la sensibilité corticale; ils sont impliqués dans le contrôle de l’éveil et du sommeil.

Systèmes modulateurs actifs pendant l’éveil: la noradrénaline (NA), la sérotonine (5-HT) et l’acétylcholine (ACh).

L’éveil est la conséquence d’une augmentation générale de l’activité du cortex.

Question 34

Mécanisme du sommeil lent et paradoxal

Answer 34

L’endormissement et le sommeil lent sont associés à une réduction des fréquences de décharges des neurones modulateurs : NA, 5-HT et ACh.

Sommeil lent: diminution de l’activité de NA et 5-HT (bleu) avant le sommeil paradoxal.
Sommeil paradoxal: élévation de l’ACh avec le sommeil paradoxal (rouge).

Sommeil paradoxal: les neurones modulateurs inhibent aussi les motoneurones spinaux, empêchant l’activité motrice des rêves de faire de vrais mouvements.

Question 35

Les rythmes circadiens

Answer 35

Le rythme circadien est le cycle quotidien de lumière et d’obscurité (24h); les fonctions physiologiques de l’organisme fluctuent avec ce rythmes (image).

Si les cycles de la lumière du jour et de l’obscurité dans l’environnement de l’animal sont supprimés, les rythmes circadiens restent semblables car ils possèdent des horloges internes dans le cerveau.

Par contre, ces horloges ne sont pas parfaites, et ont besoin d’être réglées de temps à autre pour s’ajuster à la lumière et à l’obscurité. Sinon, après 3 semaines, des animaux nocturnes peuvent devenir diurnes!

Rythmes circadiens de veille-sommeil
Si des individus sont mis dans une grotte et isolés du cycle lumière-obscurité, leur rythme devient autonome et dure de 24,5 à 25,5 heures.

Le cycle veille-sommeil va évoluer selon le rythme endogène (autonome) du sujet (env. 25h). Il va donc être de plus en plus décalé par rapport aux conditions naturelles de lumière-obscurité.

Question 36

L’horloge du cerveau: le noyau suprachiasmatique

Answer 36

Les noyaux suprachiasmatiques (NSC), une paire de noyaux minuscules de l’hypothalamus, juste au-dessus du chiasma optique, jouent le rôle d’horloge biologique. (cours 4 diapo 41)

Noyau suprachiasmatique (NSC) et rythmes circadiens
a) Un singe placé dans un environnement calme et éclairé en permanence présente des rythmes circadiens de 25,5h.

b) La lésion des deux NSC abolit les rythmes circadiens, si le singe est dans des conditions d’éclairage permanent.

Les horloges des hamsters
L’ablation des deux noyaux suprachiasmatiques (NSC) chez le hamster fait disparaitre les rythmes circadiens.
La transplantation de nouveaux NSC rétablit les rythmes en une semaine!
Les hamsters recevant le transplant adoptent les rythmes du donneur et non pas leur rythme de naissance (20h vs 24h).

Voici une preuve irréfutable que les NSC sont l’horloge biologique du cerveau.

Question 37

Neurones de noyau suprachiasmatique isolés

Answer 37

Des neurones de NSC ont été prélevés chez un rat et gardés en culture (in vitro):

1) Leur fréquence de décharge, leur consommation de glucose et leur synthèse de protéines ont gardé un rythme de 24h. (C’est la longueur du cycle endogène des rats.)

2) Ils ne s’adaptaient plus au cycle lumière-obscurité (car cette information provient des yeux!), mais conservaient un rythme de base.

Question 38

Mécanismes du noyau suprachiasmatique: les gènes-horloge

Answer 38

Dans le NSC, les gènes-horloge produisent des protéines qui inhibent leur propre transcription: c’est une boucle de rétroaction négative.

L’accumulation de cette protéine réduit l’expression de son propre gène. Lorsque moins de protéines sont produites (moins d’inhibition de transcription); le gène va de nouveau produire la protéine.

Ainsi, la transcription des gènes fluctue selon un cycle de 24 heures.

Les cycles de ces cellules sont synchronisés par la lumière venant de la rétine.

Question 39

Nouveau type de photorécepteur dans les cellules ganglionnaires de la rétine

Answer 39

Comme on l’a vu au chapitre 4 (diapo 40), quelques axones des cellules ganglionnaires de la rétine vont innerver les noyaux suprachiasmatiques (NSC), situés dans l’hypothalamus. Ces cellules, qui synchronisent l’activité du NSC, ne sont ni les cônes, ni les bâtonnets.

D. Berson et ses collaborateurs ont découvert un nouveau type de photorécepteur correspondant à un type particulier de cellules ganglionnaires spécialisées, qui se caractérise par la présence d’un photopigment, la mélanopsine, qui n’existe ni dans les cônes, ni dans les bâtonnets.

Ces neurones particuliers sont sensibles à l’intensité de la lumière, et leurs axones envoient un signal directement aux NSC, ce qui contribue à synchroniser les horloges circadiennes de ces noyaux.

Question 40

Les cellules ganglionnaires photosensibles

Answer 40

C’est donc un sous-groupe de cellules ganglionnaires qui possèdent les pigments photosensibles de mélanopsine.

Ces cellules possèdent de longues dendrites couvrant la rétine et un axone (indiqué par la flèche) qui rejoint le noyau suprachiasmatique. Ce système est dédié à la détection de l’intensité lumineuse et non à la formation d’images.

Les noyaux suprachiasmatiques reçoivent donc des prolongements du nerf optique qui lui indiquent le niveau d’intensité lumineuse ambiante. Les neurones du NSC peuvent ainsi se resynchroniser quotidiennement avec la lumière du jour; car notre horloge biologique n’est pas parfaite et doit être ajustée quotidiennement.

Question 41

Des noyaux suprachiasmatiques à la glande pinéale.

Answer 41

À partir des noyaux suprachiasmatiques, les informations sont relayées à plusieurs structures dont la glande pinéale (aussi appelée épiphyse). Elles font d’abord un long détour par la moelle épinière, avant de revenir à la glande pinéale située pourtant tout près de l’hypothalamus.

Ce trajet excitateur est indiqué en vert sur le schéma. Il n’y a qu’une connexion inhibitrice, celle du NSC au noyau paraventriculaire de hypothalamus (flèche rouge), dans ce circuit. Donc l’excitation lumineuse de la lumière du jour dans le NSC diminue en bout de ligne la production de mélatonine par la glande pinéale.

Inversement, quand le soleil se couche, l’influence de la connexion inhibitrice diminue et permet aux connexions excitatrices d’augmenter la sécrétion de mélatonine dans la pinéale.

La mélatonine est déversée dans la circulation sanguine et participe à la régulation des neurotransmetteurs impliqués dans le cycle veille- sommeil.

La glande pinéale et la mélatonine
Chez les oiseaux, les reptiles et les poissons la glande pinéale est sensible à la lumière et coordonne elle-même les phénomènes cycliques chez ces animaux.

Chez les mammifères, la glande pinéale conserve sa capacité de synthétiser de façon cyclique (la nuit) l’hormone mélatonine, mais elle ne constitue pas en elle-même une horloge; la synthèse de la mélatonine est dépendante des signaux du NSC.

La mélatonine, parfois appelée « l’hormone du sommeil », commence à être produite par la glande pinéale à la tombée du jour. Ce niveau reste élevé pendant à peu près 12 heures, puis redescend en début de matinée quand la lumière du jour inhibe l’activité de la glande pinéale.