Samedi 3 février 2018 à 11:55

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

Dans l’article précédent, j’ai essayé de commencer à définir ce qu’était « la conscience » au sens de « être conscient ».
    Aujourd’hui je vais essayer de le préciser et de parler d’un outil tout récent de mesure, décrit dans un article que j’ai lu dans la revue « Pour la Science ».

    En fait la conscience n’est pas manichéenne. On n’est pas conscient ou non conscient : il y a une gradation continue d’états que les médecins distinguent sur le schéma ci-dessous, la conscience complète étant obtenue quand on est réveillé.
    Ne pas confondre conscience et attention. Certes on ne peut faire attention si on n’est pas conscient, mais on peut être conscient et même éveillé et ne pas être attentif.

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    Les médecins distinguent d’abord ce que l’on appelle un « état non répondant », même si la personne dans le coma reste les yeux ouverts et en apparence éveillée. Dans cet état il n’y a aucune communication possible. Seuls les centres cérébraux de base indispensables à la vie et certains circuits réflexes comme ceux des mouvements des yeux ou de déglutition fonctionnent. Le patient ne répond pas à des stimuli sensoriels. Toutefois rien ne nous indique ce que peuvent ressentir intérieurement ces patients.

    La catégorie suivante est celle de toutes les personnes endormies en sommeil profond et des patients mis sous anesthésie pour une opération.  Il n’y a pas de communication, mais l’activité du cerveau reste importante : en fait il y a déconnexion du monde réel, car les centres d’interprétation des sens ne fonctionnent plus, le thalamus ne leur transmettant plus les influx nerveux.
    On peut assez facilement réveiller une personne endormie, mais par contre l’éveil n’est pas immédiat dans le cas d’une anesthésie. Mais chaque patient a une réaction différente vis à vis des anesthésiants, et il faut surveiller en permanence l’électroencéphalogramme pour éviter que le patient ne se réveille en pleine opération. Les neurones oscillateurs du pont cérébral imposent une fréquence basse de quelques hertz au thalamus, qui fonctionne au ralenti : les centres d’interprétation des sensations et le cortex préfrontal sont déconnectés; l’anesthésiant bloque en outre les influx nerveux de la douleur remontant vers l’hypothalamus.

    L’état suivant est celui de conscience minimale. Une communication minimale est possible. On peut obtenir une réponse à certains stimuli, des changements dans le regards, certains gestes minimaux volontaires éventuels, voire percevoir certaines réactions d’émotions. Le patient peut même émettre des sons, mais non des paroles. On est à la limite de la conscience.

    Viennent ensuite le sommeil paradoxal ou le réveil après anesthésie.
L’individu est encore coupé du réel, les centres d’interprétation des sens n’interprétant pas les signaux venus de l’extérieur, mais traitent des signaux internes (j’en reparlerai dans un nouvel article sur le rêve).
    Il y a réaction à des stimuli, même à la parole ou à des événements extérieurs, mais ces réactions sont inconscientes. Le cortex préfrontal  est presque complètement déconnecté et les centres moteurs sont inhibés (sauf les mouvements des yeux).

    Le syndrome d’enfermement en bout de schéma est une affection particulière dans laquelle le patient est éveillé et totalement conscient, voit tout et entend tout, mais ne peut ni bouger ni parler, en raison d'une paralysie complète des muscles, excepté le mouvement des paupières et des yeux. Les facultés cognitives  sont intactes. Il est consécutif à un AVC du tronc cérébral qui coupe la communication entre les centres moteurs et le corps, via la moelle épinière.

    Quelles sont les théories de la conscience ?
    L’une des plus vraisemblable, due à l’origine à un neurologue de l’université du Wisconsin, Giulio Tononi, considère que le cerveau doit être à la fois capable de gérer d‘énormes quantités d’information provenant de centres différents, et de les intégrer de façon cohérente, mais aussi de faire la différence entre des informations voisines, comme par exemple reconnaître des visages.
    La conscience ne serait pas localisée à un endroit particulier du cerveau.
    Il y aurait deux architectures différentes : l’une est constituée de centres ayant des fonctions définies et pouvant fonctionner en permanence, en parallèle : par exemple les centres d’interprétation des sens, de reconnaissance des visages, du langage, les centres moteurs …. C’est une architecture modulaire peu connectée.
    Une seconde architecture est un système de nombreux neurones interconnectés, qui prend en charge les « synthèses » d’informations issues des modules du précédent système. A chaque moment ce second système saisit une scène qui correspond à une synthèse et les trois acteurs principaux sont le cortex préfrontal, chef d’orchestre du cerveau, l’hippocampe, organisateur de la mémoire, et les zones de mémoire associative.
    Un exemple concret : si on fait voir une phrase de façon subliminale (au dessous d’un seuil conscient de perception de 0,04 seconde), celle-ci est cependant entendue et lue, mais tout s’arrête là dans le cerveau. Au dessus de ce seuil, de nombreux autres centres s’activent, car le cerveau envoie l’information à tous les centres susceptibles de s’en servir, et notamment au chef d'orchestre, le cortex préfrontal, notamment pour comprendre la phrase et mémoriser l’information, voir déclencher une action. La phrase est devenue consciente.
    Chez les patients inconscients, les centres modulaires peuvent continuer à fonctionner, s’ils ne sont pas détruits, mais l’information qu’ils élaborent n’est pas transmise aux autres et ne provoque donc pas de réaction.
   
    Dans le prochain article, je parlerai d’une mesure de l’état de conscience.

Mercredi 31 janvier 2018 à 10:41

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

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    Il m’arrive de discuter avec des correspondants ou des amis de la « conscience ».
    Mais, en français, ce mot est ambigu, car il a, soit un aspect moral, désignant le sentiment de responsabilité de nos actions vis à vis du Bien et du Mal, (ou de la conformité aux lois et règles), soit il désigne l’état de notre cerveau vis à vis du monde extérieur, qui reçoit des sensations, des perceptions et en est ou non « conscient », c’est à dire que nous nous rendons compte de ces stimuli de notre environnement, ou non et ils sont alors « inconscients ».
    Et le mot conscience est encore plus général, puisqu’il s’applique non seulement aux sensations, mais au fait que nous sommes conscient d’être vivant et d’être une personne bien définie, différente de nos voisins : c’est la « conscience du moi ».

    Nous vivons cela tous les jours et aussi dans des cas exceptionnels.
    Tous les jours je m’endors. Je ne suis plus conscient alors de ce qui se passe autour de moi, et même si je rêve, cela n’a aucun rapport avec ce que seraient mes perceptions réelles de l’environnement si j’étais éveillé. Et quand je me réveille, peu à peu, je reprends conscience de ce qui est autour de moi, de ce que j’entends, que je vois, que je touche, que je sens ou d’une saveur, et en même temps, je sais à nouveau inconsciemment que je vis et que moi, j’existe. « Je pense donc je suis » disait Descartes.
    J’ai un jour subi un examen de l’estomac et on m’a endormi quelques minutes. Lorsque l’anesthésiste a injecté le produit, je l’ai vu faire et tout à coup, je n’ai plus de souvenir. Par contre j’ai ensuite celui de m’être soudainement « réveillé » et d’avoir vu le médecin qui rangeait ses instruments, alors qu’on m’emmenait. Plus aucune sensation ou du moins, plus de conscience pendant ces quelques minutes d’anesthésie.
    Etant jeune , j’étais en vélo dans une rue étroite, et en bas d’une descente, à un croisement, je suis rentré dans la remorque d’un camion qui passait au carrefour. Le cadre de mon vélo a plié, amortissant le choc, mais j’ai défoncé une planche de la remorque avec ma tête et j’ai été trois heures dans le coma, avec heureusement aucune séquelle. Je ne me souviens que de la rue, pas du camion et rien jusqu’à ce que je me réveille, à l’hôpital, avec mes parents à mes cotés.
    Et il y a des accidentés de la route, dans le coma pendants des semaines, certains présentant in fine, un encéphalogramme plat, leur cerveau s’étant arrêté de fonctionner, signe de la mort, le coeur devant s’arrêter normalement, mais pouvant continuer à  battre s’il est assisté électriquement.
    Voilà des états de conscience différents, mais en quoi diffèrent ils.?

    Le processus général est le suivant : nos sens ont des récepteurs qui captent ce qui se passe à l’extérieur : pour notre vue, l’oeil, si la paupière n’est pas fermée, crée sur la rétine une image de ce qu’il voit, laquelle est transmise par le thalamus, aux centres d’interprétation du cerveau, à l’arrière de notre crâne. (voir mes articles des 4, 6 et 8 mars 2017). Ce traitement est inconscient.
    Nous n’avons conscience de ce que nous voyons que lorsque le thalamus transmet en retour au cortex préfrontal l’interprétation des informations visuelles faite par ces centres de traitement. Nous n’avons pas conscience des informations que notre cerveau possède si elles ne sont pas transmises au cortex préfrontal.
     La conscience exige donc que les organes des sens fonctionnent, que les centres d’interprétation fassent cette tâche, et que le cortex frontal en reçoive le résultat.
   
    Sauf dégradation physiologique, ou obstruction volontaire (fermeture des paupières, boules quies, ne pas toucher avec la main…), nos organes de sens fonctionnent en général.
    La transmission au thalamus peut être arrêtée (destruction du nerf optique par exemple).
    Le thalamus peut ensuite ne pas transmettre les informations au centre d’interprétation, qui ne font donc pas leur tâche habituelle. C’est ce qui se passe pendant le sommeil (voir mon article du 8 mars 2017). Et évidemment rien n’est transmis au cortex préfrontal.
    Enfin les sens et leurs centres d’interprétation peuvent fonctionner, mais l’information rester inconsciente car non transmise au cortex préfrontal.

    Mais ce n’est pas aussi simple que cela, car il n’y a pas que nos sens qui nous relient à l’extérieur. Il y a aussi les informations liées à notre corps, qui ne passent pas par le thalamus, mais par l’insula ou l’hypothalamus pour la douleur.
    Et nos émotions mettant notamment en jeu le cerveau émotionnel.

    De plus les phénomènes dus au sommeil, à l’anesthésie, au coma, sont différents, (ne parlons pas de l’hypnose que l’on connaît encore plus mal), et ils varient d’une personne à l’autre.
    En fait on manque d’outils pour pouvoir mesurer l’état du cerveau dans ces circonstances différente, pour mesurer « la conscience ».
    J’en reparlerai dans un prochain article.

Samedi 15 juillet 2017 à 9:57

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

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     Une découverte importante a eu lieu ces dernières années dans le domaine du cerveau, sans que les journaux, même scientifiques, ne lui accordent l’importance méritée.
    Les neurobiologistes étaient persuadés que les vaisseaux lymphatiques, qui transportent notamment les cellules du système immunitaire, et évacuent de l’organisme les déchets et les toxines, ne s’étendaient pas jusqu’au cerveau.
    J’avais donné quelques indications sur un nouveau procédé, qui consistait à modifier génétiquement des gênes d’animaux, en leur ajoutant un gêne de méduse, ce qui rendait phosphorescents les organes traversés par le sang ou la lymphe, lorsqu’on les éclairait avec une lumière d’une longueur d’onde spécifique..
    Cette technique avait été utilisée sur des lapins et des souris.
   
    En utilisant cette méthode, Kari Alitalo et Aleksanderi Aspelund, de l’université d’Helsinki, ont découvert que le système lymphatique existait aussi au sein du cerveau. La découverte a été confirmée par des chercheurs américains.
    D’un e part des vaisseaux lymphatiques normaux existent autour du cerveau, mais des vaisseaux particuliers, dont les parois sont faites de cellules gliales, transporte aussi la lymphe et le liquide cérébro-spinal dans le cerveau. Il transporte les cellules immunitaire et évacue les déchets toxiques.
    Il a été dénommé  « système glymphatique ».

    Il n’est pas exclu que certaines maladies neuro-dégénératives, telle les maladies d’Alzeimer, de Parkinson, ou d’Huntington (paralysie, pertes de mémoire, symptômes psychatriques et mort), pourraient être dus à l’accumulation de toxines, en raison d’un mauvais fonctionnement de ce système glymphatique.
    Dans des maladies auto-immunes, telle par exemple la sclérose en plaque, le système immunitaire attaque les cellules du cerveau, notamment les cellules gliales qui forment la myéline, isolant les faisceaux d’axones.

    Les chercheurs ont également découverts que des traumatismes d’ordre comportemental supportés par des souris, pouvaient entraîner des dommages dans le système glymphatique et que d’autre part l’évacuation des toxines était beaucoup plus importante pendant le sommeil que pendant l’éveil, la circulation du liquide de ces vaisseaux étant deux fois plus élevée.
    Ils ont aussi constaté que dormir sur le côté était plus bénéfique que dormir sur le dos, sans doute en raison de la position de valves dans ces vaisseaux.
    Les chinois étudient actuellement comment amliorer cette circulation, avec certains produits qui contiennent des oméga-3. La respiration profonde améliorerait aussi ce fonctionnement.

    Bref c’est le début de recherches qui pourraient aboutir à des méthodes intéressantes de soins de maladies, contre lesquelles nous n’avons actuellement que des moyens de lutte peu efficaces.

Mercredi 5 avril 2017 à 16:24

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

   Nous avons vu quel était le rôle des aires primaires V1 et V2, des centres d’interprétation de la vision.
        Elles permettent de reconstituer dans leurs neurones une image en relief de ce qu’a vu l’œil et reçu la rétine, et donne en outre des éléments quant à l’éclairement, la couleur, les formes et les déplacement des objets regardés et de leur environnement.
        Nous allons maintenant voir le rôle des aires suivantes, V3 à V8.


        Le schéma ci-dessous montre les positions de ces différentes aires et leur rôle est le suivant :
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        L’aire V3 se sert des données de V1 et V2 pour analyser les formes des objets et de leur environnement, et cela aux différents instants successifs.
        L’aire V5 par des balayages successifs, repère les positions des sensations identiques à des instants différents et donc analyse les mouvements, et notamment les vitesses de déplacement, avec une correction par rapport à nos propres déplacements
         L’aire V4 est reliée surtout aux informations des cônes de la rétine et sert donc à l’interprétation des couleurs, à partir des colonnes sensibles.
         L’aire V6 est un relais de signaux.
         Les aires V7 et V8 sont le « Où » et le « Quoi » et nous allons en parler plus longuement
         L’aire LO est une représentation des deux hémisphères optiques pour identification des objets. Elle aide l’ « Quoi ? » à statuer, grâce à la vision stéréoscopique.

        Le schéma ci dessous représente le résultat final du traitement : 
        • Un centre « où? », qui établit des cartographie des lieux vus, l’hémisphère gauche traitant l'espace droit et l’hémisphère droit, l’espace gauche et la synthèse.  
    L’aire V7 Où, est située sur le haut de la partie occipitale. Le traitement qui va de V1 et V2 à V7 est appelé la voie « dorsale »
        • Un centre « quoi ? », qui identifie les objets, l’hémisphère gauche traitant les détails et l’analyse et l’hémisphère droit, l’image globale, la structure et la reconnaissance des objets. 
    L’aire V8 Quoi, est située sur le bas de la partie occipitale. Le traitement qui va de V1 et V2 à V8 est appelé la voie « ventrale »

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        Ces deux centres communiquent avec le thalamus et l’hippocampe et avec les mémoires globales qui associent objets, images, sons, et les autres sens et également avec la mémoire lexicale qui associé les objets aux mots.  

        Les deux traitements dorsaux et ventraux sont relativement indépendant et ont des propriétés spécifiques.
        Le traitement ventral Quoi conditionne la mémorisation des objets et leur vison et le traitement dorsal Où conditionne leur préhension et donc la commande des muscles des mains notamment.
        On constate par exemple la chose étonnante suivante lorsqu’une maladie ou un accident ont détruit les neurones de la voie ventrale Quoi, sans altérer la voie dorsale Où : la personne ne voit plus les objets devant elle, et pourtant elle peut les prendre avec sa main. On pense donc que la vision de l’objet existe encore par la voie dorsale, mais qu’elle ne peut plus parvenir à la conscience et à la mémoire. Mais cette vision inconsciente en provenance de V1 et V2 et transmise et analysée par la voie dorsale est suffisante pour pouvoir saisir l’objet
        Tout se passe comme si nous avions deux systèmes d’interprétation de la vue ; l’environnement, le Où, et les objets, le Quoi.

        En définitive on peut résumer tout le traitement des centres de la vision dans le schéma ci-dessous :

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                Le thalamus joue un rôle très particulier dans la coordination des perceptions.
        Des neurones oscillateurs du tronc cérébral envoient dans le cerveau et notamment au thalamus des impulsions aux fréquences de 80 et 40 Hz, caractéristiques de l’éveil.
        Cette fréquence de 40 hz provoque dans d’autres centres la vigilance qui est un état de concentration, et l’attention qui focalise le cerveau sur une cible.
        Pendant le sommeil profond, elle est de 2 à 3 Hz et pendant le sommeil paradoxal et le  rêve, d’environ 30 hertz                                           
        Pendant l’éveil, les zones sensitives du cortex sont balayées toutes les 12,5 ms par un influx 80 Hz, émanant des neurones du thalamus, lequel active les neurones du cortex, qui renvoient les signaux de sensations à la fréquence de 40 Hz. 
        Toutes les perceptions qui arrivent dans le même créneau de 12,5 ms, représentent le même environnement à l’instant t.
        Si un incident attire l’attention, cette fréquence est « remise à zéro » grâce au balayage à 80 Hz, ce qui permet une nouvelle perception. 

       De plus Il y a rétroaction des aires d'interprétation, notamment V1 et V2 vers le thalamus, qui fait, à la demande, des opérations de filtration et qui par ailleurs communique avec les autres centres du cerveau et transmet les informations, notamment au cortex préfrontal (le patron et chef d’orchestre) et vers l'hippocampe (le chef d'orchestre de la mémoire)..

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Vendredi 31 mars 2017 à 17:12

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

      Dans le dernier article je vous ai parlé de l’acheminement du flux nerveux depuis l’œil et la rétine jusqu’aux centres primaires de traitement de la vision, qui se trouvent à l’arrière du cerveau, au-dessus de la nuque.
     Je vais maintenant vous montrer comment ces centres font ce traitement.

     L’aire primaire V1 est composée de colonnes de neurones, mais les signaux qui y arrivent ont fait l’objet auparavant d’un  tri et d’un aiguillage dans le thalamus. Des points de l’image que l’on regarde vont arriver, du fait du système optique de l’œil, sur deux points homologues des rétines de l’œil droit et de l’œil gauche, dont l’écartement est différent selon la distance des points de l’image. Le thalamus envoie ces informations à des colonnes à des profondeurs différentes, de telle sorte que l’on a sur les colonnes de l’aire V1 une « image en relief » de ce que voit l’œil. (la carte rétinotopique, voir figures ci dessous).

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     Chaque colonne de V1 contient six couches de neurones.
Chaque colonne correspond aux signaux transmis par un neurone de la rétine, mais le thalamus à aménagé les faisceaux nerveux pour que deux colonnes adjacentes reçoivent les signaux des neurones de la rétine à des places identiques dans l’œil droit et dans l’œil gauche, qui se retrouvent donc côte à côte..
    Les signaux arrivent du thalamus sur la couche 4, et sont traités par les couches 1,2 et 3. Les couches 5 et 6 rassemblent les signaux œil droit, œil gauche, afin de créer une vision en relief en se servant des différences de positionnement en fonction de la distance. (voir figure de droite).
     La figure de gauche montre l’organisation des colonnes de 30 à 100 microns, des couches 1, 2 et 3.  Sur la première face se succèdent les colonnes relatives à chaque neurone de la rétine, de l’œil droit et de l’œil gauche (en jaune).
Si on examine la réponse des 24 neurones situés perpendiculairement aux couches, on voit qu’ils ne donnent une réponse que si le stimulus reçu a une certaine direction dans l’espace : cela veut dire que leur champ spatial n’est pas circulaire mais est ovale et l’axe orienté dans une certaine direction : l’axe de sensibilité va varier selon le neurone  et couvrir ainsi environ 24 directions possibles. (en marron)  
    De plus intercalés (en rouge), d’autres neurones, groupés en taches qui sont sensible à l’intensité lumineuse et à la couleur.
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     La couche V2 de l’aire primaire est organisée de façon analogue, mais l’organisation est encore plus complexe, car, à coté des neurones sensibles à l’orientation, certains neurones vont détecter des changement brutaux de luminosité et donc être sensibles aux bords de formes, d’autres vont collationner les signaux de plusieurs neurones adjacents et être sensibles aux traits, aux  dimensions, et aux angles.
     Enfin des neurones vont collationner des signaux successifs et être sensibles au déplacement perpendiculaire à l’orientation de leur tache, un neurone étant sensible au déplacement dans un sens et un autre au sens opposé.

    Maintenant que nous connaissons l’arsenal élémentaire, voyons comment il permet la reconstitution de l’image à partir de cet ensemble de neurones des aires primaires V1 et V2, qui donnent en fait des réponses par tout ou rien ou par plusieurs degrés de stimulus.
    En associant l’orientation et les différences de luminosité et de contraste, et la détection des bords, les neurones sensibles aux traits vont reconstituer les traits et courbes de l’image et donc sa forme. Les neurones des tâches vont associer une couleur et une luminosité aux points étudiés.

    Dans mon prochain article, nous examinerons le rôle des aires V3 à V8 de ce cortex visuel

Mercredi 29 mars 2017 à 9:03

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

  Un correspondant qui a lu mes articles des 22 au 24 septembre 2014 sur l’interprétation de la vision me dit que c’est bien compliqué.   
    Je vais donc reprendre la description des différents stades successifs du travail de l’oeil et du cerveau, mais en plusieurs articles pour ne pas vous saturer et pour être plus clair.

    D’abord l’œil et la transmission jusqu’aux centres d’interprétation primaire situés à l’arrière du cerveau, au dessus de la nuque, via le thalamus qui est au centre du cerveau.

    Le schéma ci dessous, à gauche, vous montrent une coupe de l’œil, dans laquelle on voit le cristallin, qui est une lentille organique souple, que l’on peut contracter grâce à des muscles appropriés.
        Les objets que l’on veut voir, ne sont pas tous à la même distance, et le cristallin se contracte plus ou moins, afin que l’image de l’objet se forme sur la rétine où des neurones vont capter la lumière correspondante, selon son intensité et sa fréquence, c’est à dire sa couleur schéma de droite.

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      En effet la rétine comprend deux sortes de cellules sensibles :
            o    Environ 5 millions de « cônes », de trois sortes, sensibles à des longueurs d’ondes rouge, verte ou bleue. Ils donnent donc une vision en couleurs et sont principalement présents dans la « fovéa » au centre de la rétine, où la densité de cellules est beaucoup plus forte, pour voir les détails de l’objet que fixe l’œil.
          o    Environ 100 millions de « bâtonnets » répartis dans toute la rétine, qui ne sont sensibles qu’aux différences d’intensité lumineuse (donc en niveaux de gris).

    Les informations sont envoyées par les nerfs optiques de chaque œil, mais les axones côté nasal se croisent dans le « chiasma optique », de telle sorte que les informations des deux yeux sur la vision à droite est traitée par l’hémisphère gauche, et sur la vision à gauche par l’hémisphère droit.
Elles passent ensuite par le thalamus, et plus particulièrement une partie de ce centre que l’on appelle le « corps genouillé » (cf. schéma ci dessous).

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Le thalamus fait un pré-traitement des informations qui permet de rapprocher le signal de précédentes visions en mémoire et il transmet immédiatement l’information aux centres amygdaliens, qui réagiront s’il y a danger, sans attendre une interprétation plus évoluée. La vision dans le thalamus est assez sommaire : elle analyse - très vite - une image dans ses formes générales floues. Cette image peu détaillée détermine cependant de nombreux comportements immédiats en cas de danger.
En même temps  le thalamus transmet aussi le signal aux centre d’interprétation situés à l’arrière du cerveau, mais ceux-ci mettront plus longtemps à traiter l’information car l’information va subir des traitements dans plusieurs « étages » de neurones.
Leur information traitée sera ensuite envoyée via le thalamus au cortex préfrontal pour qu’il ait conscience de ce que l’on a vu, et également à l’amygdale qui va modifier éventuellement sa réaction première.
    Ainsi lorsqu'on voit une forme allongée sur le sol, le thalamus interprète comme un serpent et active immédiatement les réactions corporelles qui sont pour lui l’émotion, le danger, la peur, la défense .… Le cortex visuel peut ensuite analyser plus finement et réaliser que ce n'était qu'un tuyau d'arrosage ou une racine et limiter ou moduler l'action de l’amygdale.

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Dans le prochain article j’examinerai le traitement des aires primaires de la vision.

Mercredi 14 décembre 2016 à 16:09

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

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       Nous avons vu dans le dernier articles diverses cellules du cortex entorhinal qui fournissaient des indications sur la position de l’animal dans un réseau géométrique maillé superposé à l’environnement où il se déplace, sur l’orientation et la vitesse de son déplacement, et sur les obstacles qu’il rencontre.
        Toutes ces informations sont envoyées à d’autres centres de l’hippocampe qui contiennent des « cellules de lieu ».        

        Lorsque l’animal se trouve dans un endroit donné, certaines de ces cellules vont rassembler les informations provenant du cortex entorhinal, et les fusionner pour constituer une « carte géographique », représentative du lieu en question.
        Alors que les cellules de grille superposent les mêmes grilles géométriques à tout environnement où l’on se déplace, les cellules de lieu seront spécifiques d’un endroit donné et d’autres cellules de lieu prendront en charge un autre endroit.
        Par exemple des rats qui se déplaçaient dans un labyrinthe en trois parties, séparées par un virage en épingle à cheveux, créaient trois cartes mentales correspondant aux trois parties du labyrinthe, et prises en charge chacune par des cellules de lieu différentes.
        L’hippocampe enregistre non seulement les orientations, les vitesses et les obstacles éventuels en un endroit donné, informations synthétisées par les cellules de lieu, mais il enregistre aussi d’autres informations des différents sens sur ce qui se passe en ce lieu donné.
        On peut ainsi conditionner le rat à éviter un lieu où il a reçu une décharge électrique désagréable, ou à rechercher un lieu où il trouvera d la nourriture.
        Notre mémoire constitue donc des cartes mentales relatives à nos déplacements.

        Mais ces cartes sont ensuite traitées par le cortex préfrontal, qui doit sans doute pouvoir faire faire des simulations de parcours aux diverses cellules du système de navigation..
        En effet on constate qu’un rat qui la première fois qu’il a parcouru un labyrinthe a fait de nombreux détours et des aller-retours dans des impasses, lorsqu’il est remis dans le labyrinthe, diminue le nombre de trajets inutiles, et finit par enregistrer une procédure qui lui permet d’utiliser le trajet le plus court (si on le motive par exemple, par une récompense de nourriture).

        Il semble que tous les mammifère disposent de ce système de navigation assez remarquable, mais il est probable que certains d’entre eux utilisent plus ou moins d’autres sens que la vue seule. (les chauves souris utilisent par exemple leur sonar). Il est donc probable que l’homme a un système identique, probablement un peu plus perfectionné car ayant des tâches plus complexes.
        D’autres animaux ont des systèmes plus simples, le ver nématode étant par exemple sensible au gradient des odeurs pour trouver sa nourriture.
    Des insectes ont un système de navigation évolue mais basé par exemple sur une reconnaissance de figures géométriques de couleur (les abeilles), car leur cerveau est trop petit pour enregistrer une carte mentale des images de vision.

        On commence donc à savoir comment notre cerveau permet notre orientation spatiale, mais que dire de ce que l’on appelle « le sens de l’orientation » : il existe des inégalités flagrantes dans notre capacité à construire et manipuler une carte mentale de notre environnement, voire même à interpréter une carte papier ou GPS pour nous guider.
            De nombreux essais pratiques ont été menés sur des personnes auxquelles on faisait faire un certain parcours que l’on demandait ensuite d’analyser et les réponses étaient très variables, de même que, si on les emmenaient à nouveau sur le même parcours, certaines retrouvaient beaucoup mieux leur chemin que d’autres.
            Ce qu’on appelle “le sens de l’orientation” repose sur la capacité à traiter des informations multiples : celles issues de l’environnement extérieur (repères visuels ou tactiles dans le noir…) et celles données par notre propre corps (dans quel sens je me déplace, à quelle vitesse…). 
            Nous venons de voir quels étaient les neurones qui traitaient ces informations dans le cerveau, mais déterminer les causes de ses fluctuations reste difficile et encore peu connu.
            Une partie des différences est certainement dû à l’hippocampe et à l’apprentissage : des études sur les chauffeurs de taxi de Londres ont montré que les liaisons entre les cellules de lieu et les cartes mentales du « où », étaient beaucoup plus développées chez eux, que chez des personnes n’ayant pas le besoin de mémoriser les lieux et itinéraires. Les liaisons étaient également plus importantes avec le noyau caudé, qui stocke des informations sur les actions spatiales de soi même.
            D’autres différences notamment chez les personnes incapables de se repérer sont sans doute dues à certaines performances moindres des cellules de lieu et de grille.
            Chose curieuse, le sens de l’orientation des femmes, égal à celui des hommes lorsque le taux d’oestrogène est bas, varie ensuite avec le cycle hormonal.
            Enfin, un troisième facteur est celui de l’orientation spatiale liée à la reconnaissance d’images, qui permet de se représenter un même objet, une même carte, un même lieu, sous différentes orientations à partir de points différents. (pensez aux tests de QI où on vous montre plusieurs objets sous différentes perspectives et où on vous demande quelles sont les deux images concernant le même objet).
            Il semblerait qu’il existe des différences importantes selon les individus, et qu’en moyenne, les performances des hommes soient supérieures à celles des femmes dans ce domaine, mais l’apprentissage peut aussi jouer un rôle important.

Samedi 10 décembre 2016 à 19:06

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

          Je suis toujours émerveillé devant le fonctionnement de notre cerveau.
La façon dont nous mémorisons nos orientations et nos parcours est extraordinaire.
         Je vais donc essayer de décrire succinctement comment est constitué le GPS de notre cerveau, à partir darticles de la revue « Pour la Science »..
        Les explications que je vais vous donner proviennent d’études faites sur des rats dans des labyrinthes, en implantant de très fines électrodes dans leur cerveau. On a montré que les résultats étaient extrapolables aux autres mammifères.
On ne peut évidemment faire de tels essais sur les humains, mais les explorations possibles laissent penser que le mécanisme est très analogue.

        Dans ce premier article, nous allons examiner certains neurones d’un centre que l’on appelle le cortex entorhinal, dans le lobe temporal médian.
On peut le considérer comme faisant partie de l’hippocampe, le « professeur de la mémoire » (voir le schéma ci dessous).

http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau3/hippocampeentorhinal.jpg       Ce centre contient quatre types de sous-centres aux neurones spécialisés, qui s’activent lorsque nous nous déplaçons :   

Les cellules de grilles : (voir les schémas ci-dessous)
         Elles sont organisées selon un schéma triangulaire et hexagonal, formé de triangles équilatéraux. Chaque cellule correspond à un endroit donné et s’active lorsque le rat passe à un endroit donné du labyrinthe qui correspond à un croisement des lignes du réseau, ce qui représente donc une cartographie géométrique des lieux où se trouve l’animal.
        C’est donc un repère de position géométrique, une grille, que le cerveau superpose à chaque lieu où l’on va se déplacer.
        En général six neurones déchargent à la fois au passage en un lieu : la cellule de grille la plus proche du lieu et les six cellules de l’hexagone autour de cette cellule centrale.

http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau3/150pxUniformtiling63t2.pnghttp://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau3/cellulesgrille.jpg














 

       En fait il existe plusieurs grilles à des endroits différents du cortex entorhinal; elles correspondent à des « pas » différent, la distance entre les centres des hexagones correspondant dans la réalité à des distances réelles sur le terrain de plus en plus grandes, allant d’une dizaines de centimètres à plusieurs mètres, ce qui correspond à des cartes à des échelles différentes.

Les cellules d’orientation :
  http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau3/orientation.jpg
      D’autres cellules déchargent lorsque l’animal se dirige dans une direction donnée.
        Elles correspondent à une grille analogue à la précédente, correspondant à un lieu précis, mais elles ne déchargent que lorsque l’animal est face à une direction donnée. Il semble qu’il y ait ainsi huit réseaux correspondant aux huit directions principales. C’est en quelque sorte une boussole à huit direction, qui indique celle que suit l’animal. En fait c’est lié à la direction de sa tête, car arrété en un lieu donné, des cellules différentes déchargent si l’animal tourne la tête dans une autre direction.s



Les cellules de bordure :http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau3/bordures.jpg


        Ces cellules envoient un influx nerveux lorsque l’animal s’approche d’un obstacle, un mur du labyrinthe par exemple.
        Leur objectif est d’éviter les collisions, mais aussi de dresser une carte des obstacles environnant, car elles semblent aussi calculer, en s’approchant du mur la distance à laquelle l’animal se trouve.
    Cela ressemble en quelque sorte au radar de recul des voitures.

Les cellules de vitesse :
 http://lancien.cowblog.fr/images/Cerveau3/vitesse.jpg

       Enfin un dernier type de cellules a récemment été trouvé ( en 2015) : des cellules qui réagissent à la vitesse de déplacement de l’animal, indépendamment de sa position sur la grille et de l’orientation.
        Leur fréquence de décharge est proportionnelle à la vitesse de l’animal.





        On ne connait pas bien le mécanisme par lequel les diverses cellules fonctionnent à partir du milieu extérieur.
        Les renseignements visuels sont sans doute essentiels pour les cellules de grille.
        Les signaux de l’oreille interne avec son pseudo-gyroscope, sont certainement essentiels pour les cellules d’orientation
        Pour les cellules de bordure la vue est sûrement importante, mais il n’est pas exclu que d’autres sens coopèrent.
        Pour les cellules de vitesse, il doit y avoir une comparaison entre les déplacements visuels et les rythmes délivrés par les neurones du tronc cérébral qui agissent comme des oscillateurs.

        Mais ce n’est pas aussi simple que cela, d’après des études encore plus récentes, et des autres sens peuvent intervenir, notamment quant à l’usage des pattes des rats.
        En effet si on intercale dans le labyrinthe un tapis roulant qui ralentit la marche de l’animal, certaines cellules de grilles ne sont plus calées sur ce que voit l’animal, mais émettent des décharges régulières à des instants donnés ou pour des distances parcourues. Même si le tapis roulant entraîne un déplacement nul de l’animal (et donc de sa vue), ces cellules semblent donner une appréciation de la distance parcourue et du temps qui s’est écoulé. (probablement en liaison avec les cellules de vitesse.

        Il reste donc beaucoup à apprendre sur ces diverses cellules et sur leur fonctionnement. Il faut aussi étudier comment le cortex entorhinal réagit dans un endroit réel en 3 dimensions et non dans un labyrinthe plat. Il est probable qu’une cinquième catégorie de cellules doit intervenir.

    Dans le prochain article j’expliquerai comment se fait notre orientation.

Mardi 4 octobre 2016 à 17:10

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

http://lancien.cowblog.fr/images/Image4/images-copie-1.jpg

Pourquoi n’entend on pas les bruits extérieurs en dormant?     En tout cas on n’en a pas conscience, sauf si parfois ils sont suffisamment forts pour vous réveiller.
    L’Ecole Normale Supérieure à Paris fait des recherches dans un  laboratoire de neuropsychologie, et étudie les problèmes du sommeil.
des volontaires étaient mis devant un ordinateur et voyaient défiler des mots et selon leur signification devaient appuyer sur deux boutons, soit avec leur main gauche, soit avec la droite.
    On examinait leur électroencéphalogramme, même si fatigués ils s’endormaient.
    Au début du sommeil, ils n’appuyaient plus sur les bouton, mais on enregistrait des signaux qui  à transmettre les informations au cortex moteur de la main droite ou gauche. Les aires de Wernicke (qui analyse les phrases) et de Geschwind (qui contient le vocabulaire), continuaient donc à analyser les mots et à transmettre les éléments pour que le cortex moteur se prépare à agir. Mais celui-ci attendait pour cela l’ordre du patron, le cortex préfrontal, et celui-ci était endormi; plus exactement les données ne lui étaient pas transmises pendant le sommeil.
    Mais au bout d’un instant l’analyse des mots cessait. Les centres de l’ouïe continuaient à analyser les sons, mais Wernicke et Geschwind s’étaient endormis eux aussi.
    En fait une analyse plus poussée  montre que ces deux centres ainsi que l’hippocampe, le professeur de la mémoire, sont occupés à d’autres tâches pendant le sommeil. Ils rétablissent les connexions des souvenirs et apprentissages pour en consolider les liaisons entre groupes de neurones, et ils nettoient la mémoire de ce qui est superflu ou dangereux, ce qui donne lieu aux rêves.

    En définitive notre cerveau considère que pendant le sommeil, les perceptions ne sont pas indispensables et que c’est la mémorisation qui est primordiale, en libérant le cerveau du superflu et en consolidant les souvenirs.

    Un autre centre intervient aussi : les centres amygdaliens qui contrôlent la peur, la colère, le stress… Ils jouent un rôle important dans la consolidation des souvenirs qui ont un aspect émotionnel, que celui-ci soit positif ou négatif.
    La différence avec l’hippocampe est au niveau de la conscience.
    L’hippocampe mémorise soit de son propre chef, soit sur ordre du cortex préfrontal, et il conserve lae chemin qui permet de remettre en contacts les différents neurones qui reconstitueront le souvenir, de telle sorte que nous pouvons le plus souvent nous remémorer le souvenir en reconnectant entre eux les neurones concernés.
    L’amygdale agit sous le coup de l’émotion, du stress. Elle peut mémoriser un souvenir elle même, sans en référer au cortex préfrontal et le souvenir n’est pas conscient. Il peut aussi ne pas pouvoir être rappelé, ou au contraire donner lieu à un souvenir qui remonte périodiquement comme un harcèlement; c’est le cas des blocages ou des traumatismes dus à des événements malheureux et traumatisants.

    Mais comme je l’ai dit plus haut, les sons continuent à être analysés pendant le sommeil et les résultats sont transmis aux centres amygdaliens. Si un son parait révéler un danger, ceux-ci réagissent mobilisent les défenses et transmettent l’alerte au cortex préfrontal; Ceci entraine le réveil et la prrise de conscience du danger.

    Notre mémoire est encore un domaine mal connu, quant aux mécanismes moléculaires qui permettent l’encodage des informations, notamment pendant notre sommeil..
   

Lundi 18 janvier 2016 à 14:42

Notre cerveau; nos sens; système nerveux

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    J’ai fait à plusieurs reprises des articles sur le fait que notre cerveau n’était pas multitâches (15/6/2011 et 23/9/2015), et que donc si on faisait deux choses à la fois, on les faisait moins bien, et que faire trois tâches étaient pratiquement impossible.
    Bien entendu c’est surtout vrai s’il s’agit de deux tâches qui nécessitent analyse et réflexion, puis décision. Si l’une des deux tâches est presque automatique, c’est moins contraignant. (C’est le cervelet qui travaille alors sur l’automatisme, tandis que le cortex préfrontal s’occupa de l’autre tâche. Il n’y a conflit que si une chose inattendue perturbe l’automatisme.).
    Mais à chaque fois, je reçois des mails d’adolescents, qui me disent qu’ils peuvent parfaitement faire leur travail de classe, en consultant internet ou en tapant un SMS.
    Je pense qu’ils le font, mais qu’ils ne jugent pas de la qualité des tâches faites, qui doit être très médiocre.

    Je vous ai déjà cité plusieurs mécanismes proposés pour comprendre comment le cortex préfrontal pouvait se partager entre deux tâches.
    Certains neurobiologistes pensent que chaque hémisphère prend en charge une tâche différente. D’autres indiquent seulement qu’il a a partage des ressources et de l’énergie. Le problème est de savoir comment.
    L’hypothèse des deux hémisphères n’est pas totalement satisfaisante, car pour permettre les processus de pensée pour une tâche donnée, plusieurs zones distinctes du cerveau vont être mobilisées successivement, et certaines zones ne sont pas en double dans les deux hémisphères.
    Dans le cas de partage des ressources, on ne savait pas si le cerveau partageait ses ressources en deux simultanément, ou s’il allouait ces ressources successivement à chaque tâche, pendant un temps très court, comme le fait un ordinateur.

    Une équipe du CEA a apporté des réponses à ce problème en observant le cerveau de volontaires auxquels on avait demandé de faire à la fois, deux tâches simples :
d’une part désigner sur le clavier d’un ordinateur, avec la main droite si un son perçu était aigu ou grave, (on tapait A ou G), d’autre part désigner avec la main gauche quelle lettre, parmi plusieurs, était identique à une lettre projetée sur l’écran.
    L’observation en IRM et en utilisant une image magnétique, de telle sorte que l’on puisse dater les processus d’action dans le cerveau, a montré d’abord, pour chaque tâche prise séparément, quels étaient les centres qui intervenaient successivement dans le processus : acquisition, interprétation, décision, action.

    Que se passe t’il lorsque les deux tâches sollicitant des zones distinctes du cerveau étaient réalisées en même temps ?
    Les expériences montrent que le cerveau parvient à exécuter les deux travaux pendant plusieurs centaines de millisecondes. Puis, entre 300 et 500 millisecondes, c’est le conflit et le cerveau ne remplit plus correctement ses fonctions.
    Les processus mobilisés par la première tâche sont raccourcis, chaque étape du processus durant un peu moins longtemps; mais la tâche n’est pas exécutée plus vite,et la qualité n’est pas trop altérée.
    Par contre les processus utilisés par la seconde tâche sont soit allongés, soit retardés, selon les zones mises en oeuvre. Quand ils sont allongés, l’activité cérébrale diminue en amplitude, et les étapes durent plus longtemps. Quand ils sont retardés, le traitement de la tâche est décalée dans le temps, car elle est mise en attente, comme sur un ordinateur. Mais on constate que lorsqu’elle est mise en attente, le signal traité par le cerveau se dégrade et la tâche est de qualité bien moindre, donnat lieu à plus d’erreurs ou d’imperfections.
    En définitive, les ressources cognitives ne sont pas partagées, les tâches n'étant pas exécutées en même temps dans des zones concernées, mais les tâches ne sont pas traitées non plus de façon séquentielle, car il n’y a pas de véritable alternance entre l’exécution des tâches de façon équitable.

    En fait lorsque j’ai parlé de « première et de seconde tâches, il s’agit de tâches élémentaires.
    Mais lorsqu'il s’agit d’un travail qui inclue de nombreuses tâches élémentaires, celles si ne durant pas le même temps, les première ’t seconde tâches n’appartiennent pas toujours au même travail.
   
    Les deux travaux sont donc tous deux mal exécutés.   

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