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7 # CHAPITRE 1: ## NOTIONS FONDAMENTALES SUR LE CERVEAU ### DANS CE CHAPITRE - Anatomie du cerveau et du système nerveux - Le neurone - Neurotransmetteurs et neuromodulateurs ### Anatomie du cerveau et du système nerveux Le cerveau constitue le centre de contrôle du corps humain, il gère tout ce que nous faisons. Que l... | [
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La fonction du cortex cérébral peut être analysée en divisant le cortex de façon plus ou moins arbitraire en zones, un peu comme l'arrangement géographique en pays et continents. Le lobe frontal est impliqué dans l'initiation et la coordination des mouvements, dans les tâches cognitives supérieures comme la résolution ... | [
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Les noyaux gris centraux aident à la coordination des mouvements et dans les comportements liés à la récompense. Le thalamus joue un rôle de coordinateur des informations sensorielles allant au cortex ; l'hypothalamus, quant à lui, est le centre de contrôle de l'appétit, des comportements de défense et de reproduction,... | [
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# Système nerveux central et périphérique Le cerveau antérieur, le mésencéphale et la moelle épinière forment le système nerveux central (SNC). L'encéphale est protégé par la boîte crânienne tandis que la moelle épinière qui mesure environ 43 cm de long est protégée par la colonne vertébrale. Le système nerveux périphé... | [
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 The nervous system has two great divisions: the central nervous system (CNS), which consists of the brain and the spinal cord, and the peripheral nervous system (PNS), which consists of nerves and small concentrations of gray matter called ganglia. The brain sends messages via the spinal cord ... | [
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Beaucoup d'axones sont recouverts d'une gaine de myéline dans le but d'accélérer la conduction de l'influx nerveux. Cette gaine est fabriquée par des cellules spécialisées appelées cellules gliales. Dans le SNC les cellules gliales qui forment la gaine de myéline sont appelées oligodendrocytes, et dans le SNP, elles so... | [
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Quand ces changements de voltage atteignent la terminaison de l'axone, ils déclenchent la libération de neurotransmetteurs, les messagers chimiques du cerveau. Au niveau de la terminaison nerveuse, les neurotransmetteurs sont libérés et diffusent dans la fente synaptique pour se lier à des récepteurs à la surface de la... | [
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Caractériser et comprendre la variété des circuits utilisant les synapses chimiques est essentiel pour décrypter le large éventail de fonctions cérébrales et répondre à des questions aussi variées que : comment se fait la mise en mémoire d'informations, pourquoi la sexualité est un si grand motivateur ou qu'est ce qui ... | [
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Dans la maladie d'Alzheimer, on a observé la mort des neurones libérant de l'ACh ce qui fait de la restauration de ce neurotransmetteur dans le cerveau l'objectif de récentes recherches. Les drogues qui inhibent l'acétylcholine estérase (augmentant l'ACh dans le cerveau) constituent un des principaux traitements sympto... | [
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Une autre famille de récepteurs du glutamate, les récepteurs NMDA (N-methyl-d-aspartate) participent à la plasticité synaptique et sont de ce fait impliqués dans des activités allant de l'apprentissage et la mémoire à la maturation et à la spécification des contacts neuronaux dans le cerveau en développement. En revanc... | [
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Dans un troisième circuit, la dopamine régule le système endocrine. La dopamine favorise la synthèse par l'hypothalamus d'hormones qui sont transportées dans la glande pituitaire et libérées dans le système sanguin ou elles permettent de déclencher la libération d'hormones stockées dans les cellules de la glande pituit... | [
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11 # Sértonine Ce neurotransmetteur est présent dans le cerveau et dans d'autres tissus, en particulier dans les plaquettes sanguines et dans la paroi du système digestif. Dans le cerveau, la sértonine a été identifiée comme étant un facteur clé dans la qualité du sommeil, l'humeur, la dépression et l'anxiété. Puisque ... | [
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Une simple hypothèse postule qu'ils sont libérés par les neurones du cerveau au cours d'un stress pour réduire la douleur et promouvoir les comportements adaptatifs. Certains nerfs sensitifs (fibres C amyélinisées) contiennent un peptide appelé substance P qui cause une sensation douloureuse de brûlure. Le composé acti... | [
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Ceci fait référence à une boucle de rétrocontrôle qui implique la communication du cerveau vers la glande pituitaire, vers une glande endocrine, puis à nouveau vers le cerveau. Ce système est très important pour l'activation et le contrôle d'activités comportementales comme la sexualité, les émotions, la réponse au str... | [
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En réponse à un stress et à des changements de l'horloge biologique, comme le cycle veille/sommeil et le décalage horaire, les hormones passent dans le sang et voyagent vers le cerveau et d'autres organes. Dans le cerveau, les hormones altèrent la production des produits des gènes qui participent à la transmission syna... | [
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La testostérone, les œstrogènes et la progestérone sont référencés comme étant des hormones sexuelles. En retour, l'augmentation du niveau de testostérone chez les hommes et des œstrogènes chez la femme agit sur l'hypothalamus et la glande pituitaire pour diminuer la libération de FSH et de LH. L'augmentation des nivea... | [
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Certains gaz (acide nitrique et monoxyde de carbone) constituent une nouvelle classe de messagers neuronaux mais n'agissent pas comme les autres neurotransmetteurs. Etant des gaz, ils ne sont stockés dans aucune structure de stockage des neurotransmetteurs classiques. À la place, ils sont synthétisés par des enzymes au... | [
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Une seconde classe de messagers dérivés de la membrane est constituée des endocannabinoïdes, le « cannabis » fabriqué par le cerveau. Ces messagers contrôlent la libération de neurotransmetteurs, généralement en l'inhibant et ils peuvent aussi agir sur le système immunitaire et sur d'autres paramètres cellulaires qui s... | [
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Plutôt que d'agir comme un messager entre deux neurones, l'AMPc exerce une variété d'actions au sein de la cellule allant du changement des propriétés des canaux ioniques de la membrane à des modifications d'expression des gènes dans le noyau. Les seconds messagers semblent aussi jouer un rôle dans la synthèse et la li... | [
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5 # 2. Panorama des grandes fonctions sensorimotrices et cognitives ## 2.1. Organisation générale du système nerveux Dans l'étude du fonctionnement du cerveau, les chercheurs s'intéressent à différents niveaux d'organisation : modélisation théorique, études comportementales, enregistrement de l'activité cérébrale globa... | [
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Dans cette optique, on distinguera l'organisation générale du cerveau (niveau macro) et la manière dont l'information peut circuler au sein de ce système, au travers notamment de cellules particulières – les neurones – et de voie de transmission spécifiques (niveau micro). ## 2.1.1. Niveau micro On distingue principale... | [
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On retiendra principalement l'une des premières formalisations mathématiques du neurone, celle d'un neurone formel concu comme une cellule à seuil et délivrant une valeur binaire, 0 ou 1 (selon le dépassement ou non du seuil). Ce type de formalisme a donné naissance au développement de système de perception artificiell... | [
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Ils incluent donc des fonctions de transfert beaucoup plus sophistiquées, dépendantes de paramètres spatiaux et temporels, ainsi que des connexions récurrentes et latérales, etc. (cf. figure 3, droite). ## 2.1.2. Niveau macro Si l'on se place du point de vue de l'observateur qui aurait sous les yeux un atlas du cerveau... | [
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Par analogie, on ne peut pas à en dire autant des ordinateurs classiques, dont le bon fonctionnement est dépendant de l'intégrité de l'ensemble de ses composants¹. L'ensemble des structures corticales doivent donc davantage être conçues comme des carrefours stratégiques pour le traitement de certaines informations (int... | [
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A titre d'illustration, la figure 5 illustre les latences neuronales associées à la réaction motrice en direction d'un objet préalablement perçu par la modalité visuelle : on voit qu'il suffit de 120 à 160 ms pour identifier l'objet et décider de l'action à effectuer, puis 100 ms supplémentaires sont nécessaires pour e... | [
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On retiendra le modèle de Biederman (1987) qui conçoit l'identification d'un objet comme l'aboutissement d'une série de traitements, incluant l'extraction des indices saillants de la scène perceptive (bords et coins, régions concaves et indices de régularité, de surface par exemple), la déterminations des composantes p... | [
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11  Illustration 8: Organisation hiérarchique du traitement de l'information visuelle, et circuiterie générale entre les différentes aires corticales impliquées (en rouge, la voie ventrale ; en vert, la voie dorsale) (Explication dans le texte) Pour les modalités auditive et visuelle en parti... | [
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 Illustration 9: Les deux voies de traitement de l'information visuelle pour la reconnaissance d'objet et le contrôle de l'action Comme on vient de le voir, au trajet séquentiel et hiérarchique du signal visuel s'ajoutent de nombreuses voies de traitement de l'information fonctionnant en para... | [
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13 ## 2.2.2. Le système moteur ### L'action à la base de nos comportements des plus élémentaires aux plus complexes Si l'on a décrit dans les paragraphes précédents l'organisation des systèmes perceptifs, ceux-ci ne fonctionnent pas comme des circuits isolés mais sont, au contraire, constamment placés sous la dépendanc... | [
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Ici encore, le concept de représentation prend tout son sens lorsque l'on songe à nos capacités d'élaborer des modèles internes de l'action qui nous permettent de compenser les latences d'exécution de nos gestes et du traitement de l'information sensorielle en retour, et de nous adapter aux « irrégularités » de l'envir... | [
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Par ailleurs, de nombreuses structures sous-corticales ou extra-corticales sont également impliquées dans la coordination, la planification et l'exécution des ordres moteurs, comme les ganglions de la base et le cervelet, qui communiquent avec les aires corticales via une structure de relais bien particulière : le thal... | [
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15  Illustration 11: Organisation anatomo-fonctionnelle du contrôle de la motricité Cervelet. Quant au cervelet, il intervient dans la mémorisation de séquences motrices apprises et participe à la coordination et à l'ajustement en ligne des mouvements fins. Son rôle déterminant dans la motric... | [
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l'exécution du mouvement implique principalement l'aire motrice primaire, et via le système pyramidal qui la relie à la moëlle épinière, les motoneurones qui, lorsqu'ils déchargent, permettent la contraction musculaire. ## Schéma de contrôle des actes moteurs Les modèles actuels du contrôle moteur, très inspirés de la ... | [
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16 dans les relations sociales. ## 2.2.3. L'attention L'attention peut être définie comme la sélection et la facilitation locale et transitoire du traitement de l'information sensorielle liées à un stimulus, un signal déclencheur ou un effort volontaire. Elle semble impliquée comme « interface » inter et intra-modalita... | [
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| Processus automatiques | Processus contrôlés | | --- | --- | | rapides | lents | | fonctionnent en parallèle (exécutables simultanément lors d'une activité contrôlée) | fonctionnement séquentiel | | pas de consommation des ressources attentionnelles | grande consommation des ressources attentionnelles | | difficileme... | [
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La figure 13 (à gauche) illustre également le modele de l'attention proposé par Webster & Ungerleider (1998), et dans lequel on distingue trois grands systèmes de régulation de l'attention : (1) le réseau attentionnel antérieur, plutôt lié à l'activité motrice contrôle (i.e. volontaire), et qui comprend le cortex c... | [
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19 ## 2.2.4. La mémoire Par définition, la mémoire concerne les informations qui sont « stockées » dans le cerveau⁴. Dans son étude, on l'associe principalement aux capacités d'apprentissage et de récupération. Différents types de mémoire peuvent être considérés : la mémoire à court terme, ainsi que la mémoire de trava... | [
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Un des modèles de la mémoire de travail qui a été le plus étudié est celui proposé par Baddeley. Il consiste en un processeur central, vraisemblablement situé dans le lobe frontal, qui coordonnerait l'activité de deux sous-systèmes esclaves : une boucle phonologique (acoustique et linguistique) et une boucle visuo-spat... | [
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Le destin de cette information, autrement dit son passage vers une mémoire à plus long terme, dépend probablement de la mise en jeu du système limbique. ## Mémoire à long terme Pour la mémoire à long-terme, on effectue la distinction entre la mémoire déclarative (« savoir quoi ») et la mémoire procédurale, ou réflexive... | [
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22  Illustration 16: Organisation de la mémoire à long-terme (droite) et schéma général de la consolidation mnésique (gauche) ## Aspects neurophysiologiques **Hippocampe et système limbique.** L'hippocampe faciliterait l'association entre différentes régions corticales et différents types de ... | [
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respondent aux régions où les informations sensorielles qui sont à l'origine des souvenirs ont été reçues (le cortex occipital pour les souvenirs visuels, temporal pour les souvenirs auditifs, etc.). Les traces mnésiques ainsi « ancrées » au niveau cortical demeureront disponibles pour une récupération ultérieure, éven... | [
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24 ## 2.2.5. Le langage La perception des mots écrits est à peu de choses près semblable à celle d'un objet non verbal, mais la différence majeure tient au fait qu'au mot est associée une signification particulière, c'est-à-dire sa représentation sémantique. Les mots entendus activent également une représentation séman... | [
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duelle, puisque les caractéristiques intrinsèques du signal de parole peuvent être modulées par les conditions d'élocution (contexte et échelle de temps) : cela entraîne principalement des problèmes de variabilité et d'alignement temporel. S'ajoutent à cela différents facteurs qui rendent compte de la complexité (et de... | [
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26 ## 2.2.6. Les émotions L'émotion peut se définir comme la *perception consciente d'un état somatique particulier*, produit par l'activation de structures limbiques spécifiques, qui entraînerait en retour une activation du système somatosensoriel, ce qui expliquerait par exemple les effets « périphériques », ou physi... | [
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L'amygdale est une structure cérébrale essentielle au décodage des émotions, et en particulier en qui concerne les événements potentiellement dangereux. Mais l'amygdale n'est pas la seule structure impliquée dans la détection de ce type d'information, et plusieurs autres régions du cerveau communiquent avec l'amygdale,... | [
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L'information en provenance d'un stimulus externe atteint l'amygdale de deux façons différentes et complémentaires : par une route courte, rapide (quelques centaines de ms) mais imprécise, directement à partir du thalamus, et par une route longue, plus lente mais plus précise, qui emprunte les voies corticales. C'est l... | [
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27  Illustration 22: Circuit de la peur : voies courte et longue (Ledoux, 1989) ## 2.3. Une vue unifiée ? Comme on l'a vu dans les paragraphes précédents, la perception doit être vue comme un acte de construction, c'est-à-dire une sélection multi-critères et multi-échelles, qui se trouve inst... | [
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28  Illustration 23: Organisation générale ascendante et descendante des processus sensori-moteurs et cognitifs Sur le plan opérate, la plupart des opérations ne correspondraient pas à un processus unitaire au sein du système nerveux central, mais seraient plutôt la résultat globale d'une int... | [
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De même, malgré la diversité des réseaux fonctionnels sous-tendant ces activités élaborées, les mêmes mécanismes sont souvent à l'oeuvre : connexions récurrentes permettant un contrôle descendant, inhibition synaptique, synchronisation des activités des différentes populations de neurones... # 3. Des systèmes biologiqu... | [
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rielle cérébrale, comme des codes physiques ou des symboles (Pylyshyn). L'un des principaux obstacles à la conception de systèmes artificiels vraiment performants, est le manque d'une capacité d'auto-réflexion, c'est-à-dire la possibilité pour le système de réfléchir sur lui même, sur ce qu'il fait. On voit que si la n... | [
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