Introduction aux Neurosciences
- Définition du concept
C’est l’ensemble de disciplines qui ont en commun le but d’étudier le fonctionnement de notre cerveau et d’expliquer le mécanisme de nos comportements.
Toutes les fonctions psychologiques sont concernées, elles influencent l’étude de la perception, du langage, du sommeil, des rêves, de la conscience, des pensées…
Les sciences du cerveau n’offrent pas l’image d’un champ unifié mais plutôt d’un champ multipolaire.
- Les champs de la discipline : 3 groupes
Il y a 3 axes, axe qui concernent la discipline, la recherche et les fonctions mentales.
- Le 1er groupe : il s’intéresse à l’étude organique du cerveau, c’est l’étude du SNC. On a :
- Neuro-Anatomie
- Neuro-Physiologie
- Neuro-Chimie
- Neuro-Biologie
- Neuro-Endocrinologie
- Le 2ème groupe : sur la recherche des rapports entre l’organisation cérébrale et le processus psychologique. On a la :
- Neuro-Psychologie
- Neuro-Linguistique
- Neuro-Ethologie
- Neuro-Psycho-Immunologie
HECAEN a définit la Neuro-Psychologie comme étant une discipline qui traite des fonctions mentales supérieures dans leurs rapports avec les structures cérébrales. Elle est fondée sur l’étude des troubles des comportements survenant après l’atteinte des ces structures par la maladie
- Le 3ème groupe : sur l’étude des troubles et des thérapies biologiques. On a la :
- Neuro-Psychatrie
- Neuro-Pharmacologie
Ce champ s’intéresse aux moyens mis en œuvre pour traiter ces troubles
- Objet de recherche : 2 grandes orientations
- 1er axe : concerne la recherche des connaissances sur les liaisons physiques (voir psychochimiques) entre les neurones.
Il définit le niveau d’organisation du neurone et de l’encéphale.
IMBERT pense que le but ultime des neurosciences n’est peut être pas de reconstruire la pensée à partir de sa base neurologique mais d’indiquer les contraintes matérielles par lesquelles toutes les théories de la pensée doivent passer.
Les neurosciences fixent les contraintes naturelles que doivent respecter les théories des actes cognitifs pour satisfaire au souci de vraisemblance biologique
Les évolutions : ⇨ le cerveau est maintenant considéré comme un système de câblage qui s’apparente à l’ordinateur
⇨ avec les transmissions chimiques (neurotransmetteurs) où l’on considère que le cerveau est une glande endocrines
- 2ème axe : l’organisation hiérarchique et la localisation des différents centres cérébraux
On peut faire la modélisation du cerveau en 3 cerveaux : le néo-cortex, le cerveau limbique et le cerveau reptilien.
Mac LEAN a montré que ces 3 structures sont responsable de nos comportements :
- Le cerveau reptilien : c’est l’encéphale actuel, il commande les comportements les plus archaïques : la soif, la faim, la peur…
- Le cerveau limbique : commande l’instinct grégaire, l’agressivité, le jeu, les émotions, la vocalisation et la mémoire
- Le néo-cortex : siège de la pensée symbolique, abstraite et des représentations
- Les limites
Passage du neurologiques à la pensée abstraite ⇨ ?
Comment le neurone peut aller à la pensée symbolique ?
Si la pensée a bien son siège dans le cerveau, il n’est pas certain que l’un donne accès à l’autre. Tout ce qui va concerner les opérations logiques fait appel à une organisation très complexe.
A- INTRODUCTION
Le système nerveux est un centre de communication mais aussi de régulation de l’organisme. Il règle l’homéostasie avec le système endocrinien. Le système nerveux est plus complexe et plus rapide que le système endocrinien. Il communique par l’intermédiaire de signaux électrique.
Le système nerveux rempli trois grandes fonctions :
– Une fonction sensorielle : elle est dotée de récepteurs qui vont l’informer sur les changements tant à l’intérieur qu’à l’extérieur de l’organisme (stimuli).
– Une fonction intégratrice : l’information sensorielle est traitée et analysée par le système nerveux. Il peut aussi la mémoriser.
– Une fonction motrice : quand le système nerveux est capable de donner une réponse motrice.
STIMULI
Récepteurs Système nerveux central Effecteurs
B- ORGANISATION DU SYSTEME NERVEUX
Il est composé de deux grandes parties : SNC (centre nerveux central)
SNP (centre nerveux périphérique)
SNC = Encéphale + Moelle épinière
SNP = Nerfs crâniens et les nerfs rachidiens 🡺 ils constituent une ligne de communication avec le SNC et le corps.
Le système nerveux somatique : système qui transporte l’information volontaire.
Le système nerveux autonome : transporte toutes les informations involontaires.
Du récepteur au SNC, on a des voies sensitives (ou afférentes)
Du SNC au effecteurs, on a des voies motrices (ou efférentes)
C- LE TISSU NERVEUX
1°) Histologie
Il y a deux grands types de cellules :
– les neurones, cellules excitables qui sont capable de générer et de transmettre des signaux électriques.
– la névroglie, cellules non excitables.
On les retrouve à la fois dans le SNC et le SNP
a- La névroglie (= colle nerveuse)
L’ensemble des cellules de la névroglie constitue l’armature du tissu nerveux 🡺 ce sont les cellules gliales (elles peuvent se reproduire) il y en a 6 catégories :
– les ASTROCYTES : elles ont un rôle de soutient des neurones (en très grand nombre). Elles ont aussi un rôle très important dans la nutrition des neurones. Elles participent à la régulation du milieu extracellulaire en assurant le maintient de l’équilibre en ions K+.
– les OLIGODENDROCYTES : rôle important dans le SNC qui forment et produit la gaine myéline autour des axones.
– les MICROGLIOCYTES (cellule de la microglie) : cellules macrophages 🡺 pour éliminer les déchets, cela protège le SNC.
– les CELLULES EPENDYMAIRES : elles se situent au niveau des ventricules cérébraux. Elles font circuler le liquide céphalo-rachidien.
Ces 4 premières catégories sont spécifiques au SNC.
– les CELLULES DE SCHWANN / (cellules neurolemmocytes) elles produisent la gaine de myéline dans le SNP qui enveloppe les axones. Ce sont aussi des cellules macrophages
– les CELLULES SATELLITES : soutiennent les neurones dans les ganglions (regroupement de neurones).
Ces deux dernières sont spécifiques au SNP
b- Les neurones
* Taille : très variée.
* Longévité : ils peuvent fonctionner de manière optimale tout au long de notre vie. Ils sont amitotiques (ne peuvent pas se reproduire)
* Métabolisme : très rapide qui nécessite en permanence un apport en glucose et en oxygène.
Description du neurone :
Il est constitué d’un corps cellulaire (= le soma) dont est issu un ou plusieurs prolongements.
– le corps cellulaire : Il est sphérique. Il est composé d’un noyau entouré de cytoplasme (contient tous les organites sauf les centrioles ). C’est le centre biosynthétique du neurone.
Un regroupement de corps cellulaire = un noyau.
– Les prolongements (neurites) : 2 types ; court (dendrites) et long (axone)
* dendrites : prolongement court effilé et très ramifié mais non myélinisé. Pour un neurone on a beaucoup de dendrites. La membrane des dendrites contient des protéines qui sont spécialisées (récepteurs = structures réceptrices). Les signaux qui circulent le long des dendrites ne sont pas des potentiels d’action mais des potentiels gradués (ou de récepteur).
* Axone : spécifique aux neurones, c’est un prolongement long qui peut être myélinisé. Il existe un seul axone par neurone. Il peut se ramifier et émettre un ou plusieurs collatérales. L’axone a un diamètre constant. L’axone naît dans le cône d’implantation, puis son diamètre va en diminuant pour former le segment initial de l’axone. Il y a une zone importante : la zone gâchette (création de potentiel d’action).
L’information circule vers un autre neurone, une cellule musculaire, une cellule glandulaire… L’axone est une structure conductrice et a une membrane particulière. L’axone se termine par des ramifications (= terminaisons axoniques) présentant à leurs extrémités une structure émettrice (= bouton synaptique).
La zone où il y a contact entre deux neurones est une synapse. La transformation des impulsions électriques en informations chimiques puis de nouveaux en impulsions électriques est le phénomène a la base de l’information nerveuse.
Deux types de classifications :
– Structurale : * neurone multipolaire qui possède au moins trois prolongements (1 axone et au moins 2 dendrites).
* neurone bipolaire (1 axone, 1 dendrite) peut nombreux au niveau de l’organisme, on les retrouve dans tous les organes des sens.
* neurone unipolaire (ou pseudo-unipolaire) : un prolongement, ils sont surtout présents au niveau des ganglions.
– Fonctionnelle : * neurone sensitif (presque tous unipolaires), corps cellulaire dans les ganglions, leur rôle est de transporter les influx nerveux des récepteurs sensoriels vers le SNC.
* neurone moteur (multipolaires) il transporte l’information du SNC vers les effecteurs.
* interneurone (ou neurone d’association) situé entre les neurones sensitifs et les neurones moteurs.
2°) La neurophysiologie
Pour transmettre l’information à distance, les neurones utilisent des signaux électriques, ce qui est possible grâce à la propriété de la membrane neuronale. Elle possède en effet un potentiel de repos et des canaux ioniques.
a- Le potentiel de repos
C’est une différence de tension électrique (charge) entre les milieux intra et extracellulaire.
Ce potentiel est contrôlé par trois composants :
– les milieux salés de part et d’autre de la membrane neuronale.
– la structure de la membrane neuronale.
– les protéines inclus à cette membrane.
Le milieu salé : il est composé d’eau et d’ions dissous (Na+ et K+). Le milieu intracellulaire (K+) est considéré comme négatif, tandis que le milieu extracellulaire (Na+) est considéré comme positif.
La membrane neuronale : elle est constituée d’une double couche de phospholipides qui isole le milieu intra du milieu extracellulaire.
Les protéines : elles sont particulières dans la membrane (= protéine transmembranaire). Pour un canal ionique, il faut plusieurs protéines. Elles ne laissent passer que certains types d’ions.
La circulation des ions à travers la membrane est gérée par deux mécanismes : un passif (= la diffusion) et un actif (= pompage)
Le mécanisme de diffusion : il tend à rééquilibrer en permanence les concentrations en ions de part et d’autre de la membrane. Du milieu du plus concentré vers le moins concentré, suivant le gradient de concentration (K+ va sortir et Na+ va rentrer). Deux éléments sont nécessaires : les canaux ioniques et la différence de concentration entre les milieux (gradient de concentration). Le phénomène de diffusion s’arrêtera de lui-même quand le milieu intra cellulaire deviendra trop négatif.
Le gradient électrique tend à équilibrer en permanence les charges électriques de part et d’autre de la membrane.
Si la membrane n’était perméable qu’aux ions K+, l’équilibre Ek serait compris entre -80 et -90 mV.
Si la membrane n’était perméable qu’aux ions Na+, l’équilibre ENa serait égal à +62 mV.
Mais la membrane est perméable aux deux, et donc la différence de potentiel est -65 à -70 mV.
Le phénomène de pompage : (actif) Il faut un apport d’ATP pour faire fonctionner les canaux. Il concerne le Na+ et le K+ 🡺 c’est les pompes à Na+ / K+. Elles assurent l’échange d’ions Na+ internes pour des ions K+ externes (= origine de la différence de potentiel)
b- Les canaux ioniques
– Les canaux fuites, ils sont toujours ouverts
– Les canaux à ouverture périodique :
* Les canaux ioniques Voltage Dépendant s’ouvrent en réponse à une modification du potentiel membranaire. C’est la présence de ces canaux ioniques dans la membrane des cellules nerveuses et musculaires qui leur donnent leur propriété d’excitabilité. La zone gâchette correspond à une zone extrêmement riche en canaux ioniques Voltage Dépendant.
* Les canaux ioniques Chimio Dépendant. Ils sont sensibles au stimulus chimique.
* Les canaux ioniques Mécano Dépendant. Ils sont sensibles à un stimulus mécanique (pression)
* Les canaux ioniques réglés par la lumière. Ils sont sensibles aux photons.
c- Le potentiel d’action
Il faut la présence de trois canaux pour avoir un potentiel d’action :
– canaux ioniques Voltage Dépendant Na+.
– canaux ioniques Voltage Dépendant K+.
– pompes Na+ / K+.
Condition de création de potentiel d’action :
Il faut que l’intensité des potentiels gradués arrivant dans la zone gâchette soit suffisamment important pour entraîner l’ouverture des canaux ioniques Voltage Dépendant au Na+ et au K+ 🡺 seuil d’excitabilité de la membrane.
Ouverture très rapide des canaux ioniques Voltage Dépendant au Na+ :
🡺 entrée très massive de Na+ dans la cellule
🡺 dépolarisation.
Les ions sodium entrent selon le gradient de concentration et électrique. Le potentiel membranaire passe de -65/-70 mV à +40 mV.
En même temps que l’ouverture des canaux ioniques Voltage Dépendant Na+, les canaux ioniques Voltage Dépendant K+ vont commencer à s’ouvrir lentement.
Les canaux ioniques Voltage Dépendant Na+ va se refermer et les canaux ioniques Voltage Dépendant K+ Vont être ouvert complètement.
🡺 passage massif d’ions potassium vers l’extérieur de la cellule.
🡺 repolarisation.
L’ouverture de canaux ioniques Voltage Dépendant K+ sont aussi générés par les potentiels gradués.
La sortie du K+ étant très importante et la fermeture de canaux étant progressive, on observe une hyperpolarisation qui correspond à un potentiel membranaire inférieure au potentiel de repos.
Les canaux ioniques Voltage Dépendant Na+ ne peuvent se rouvrir qu’après leur fermeture. Il ne peut y avoir création d’un deuxième potentiel d’action tant que les canaux ioniques Voltage Dépendant ne sont pas fermés 🡺 période réfractaire absolue.
Durant la période d’hyperpolarisation il faut pour créer un deuxième potentiel d’action une différence de potentiel plus importante que celle ayant créé le premier potentiel d’action 🡺 période réfractaire relative. Elle correspond au moment où les canaux ioniques Voltage Dépendant Na+ sont fermés et où les canaux ioniques Voltage Dépendant K+ sont encore ouverts (la membrane est hypoexcitable).
Remarque: Un potentiel d’action ne varie pas en amplitude et ce quelle que soit l’intensité des potentiels gradués arrivant. L’information est codée en fréquence.
La propagation des potentiels d’action :
Il circule du corps cellulaire vers l’extrémité de l’axone. C’est le sens orthodromique. L’information nerveuse (potentiel d’action ) ne varie pas d’amplitude lors de sa propagation (sans décrément). Le potentiel d’action, dans le nerf, ne circule qu’à l’intérieur de l’axone dans lequel il a été créé.
La propagation de l’influx nerveux dans un axone se fait à vitesse constante. La vitesse varie d’un axone à l’autre (vitesse moyenne 10 m/s ). La vitesse va être influencée par différents facteurs :
– la taille de l’axone (le diamètre), plus l’axone sera petit moins la vitesse de propagation sera importante.
– l’épaisseur de la gaine de myéline assure une conduction saltatoire (par petit saut). Plus l’épaisseur sera importante plus la conduction sera rapide.
La température peut faire varier la vitesse propagation.
La transmission synaptique :
Il existe 2 types de synapses : – électrique 🡺 la transmission est fiable et rapide.
– chimique.
d- Les différents circuits neuronaux
– Les circuits divergents : un seul neurone présynaptique capable d’influencer un ensemble de neurones post-synaptiques.
– Les circuits convergents : plusieurs neurones présynaptiques donnent des informations à un seul et même neurone postsynaptique.
– Les circuits réverbérant : ils permettent de renvoyer en permanence les influx originels dans le circuit (pour la respiration)
– Les circuits parallèles post décharges : une seule cellule présynaptique influence en même temps plusieurs neurones qui vont finalement être en contact avec une seule cellule (activité complexe : calcul mathématique)
D- LE SYSTEME NERVEUX CENTRAL
Il est composé de l’encéphale et de la moelle épinière.
I) L’ENCÉPHALE
Il pèse environ 1.6 Kg pour l’homme et 1.450 Kg pour la femme.
C’est un centre d’enregistrement des sensations, de la prise des décisions et de la mise en action de ses décisions (mémorisation, langage,…)
Il est composé des hémisphères cérébraux, du diencéphale, du tronc cérébral et du cervelet. Il est protégé avant tout par les os du crâne et par les méninges. Il existe trois types de méninge :
– la dure mère (1ère méninge), c’est une enveloppe rigide.
– l’arachnoïde (2ème méninge), entre l’arachnoïde et la dure mère il n’y a pas d’espace.
– la pie mère (3ème méninge), entre l’arachnoïde et la pie mère se trouve un espace sous arachnoïdien où circule le liquide céphalo-rachidien.
Ce liquide est un lieu d’échange entre le sang et le tissu nerveux. Il circule dans des cavités cérébrales (les ventricules). Il y a 4 ventricules :
– 2 ventricules latéraux : le liquide céphalo-rachidien y est produit par le plexus choroïde.
– le 3ème ventricule à la suite de la réunion des 2 ventricules latéraux.
– le 4ème ventricule.
Du 4ème ventricule le liquide céphalo-rachidien emprunte 2 petites ouvertures latérales pour rejoindre l’espace sous arachnoïdien. Il s’écoule le long de la moelle épinière pour continuer ensuite dans les canaux de l’épendyme.
Ce liquide est réabsorbé dans l’espace sous arachnoïdien par des villosités arachnoïdiennes. La production et la réabsorption se font au même rythme, dans les mêmes proportions.
Hydrocéphalie = accumulation du liquide céphalo-rachidien dans l’encéphale.
a- Les hémisphères cérébraux
Ils représentent environ 83% de la masse totale de l’encéphale. La surface de ses hémisphères présente des bosses (= GYRUS) et des creux (= SULCUS : sillon, fissure) qui sont des repères anatomiques très importants.
La fissure longitudinale qui sépare les 2 hémisphères. Les 2 hémisphères restent quand même uni par le corps calleux.
La fissure transverse sépare les hémisphères cérébraux du cervelet.
Le sillon central sépare le lobe frontal du lobe pariétal dans leur partie supérieure. De chaque côté du sillon central se trouvent deux gyrus importants, le gyrus précentral et le gyrus post-central.
Le sillon pariéto-occipital sépare le lobe pariétal du lobe occipital.
Le sillon latéral sépare le lobe frontal du lobe temporal.
Insula = lobe à l’intérieur de l’encéphale.
Si on réalise une coupe de l’encéphale on pourra distinguer différente parties qui constitue l’encéphale :
– le cortex
– la région sous corticale
– les noyaux gris centraux
Le cortex cérébral : Structure qui s’est le plus développé au cours de l’évolution de l’homme. Les neurones qui reçoivent l’information sensorielle vont être à l’origine de la perception. Il est lieu de la commande volontaire.
Il est à l’origine des sensations, le lieu de mémorisation, le lieu de la conscience. Il est composé des corps cellulaires des neurones, de fibres nerveuses pas myélinisées, de cellules gliales et de vaisseaux sanguins. Il mesure de 2 à 4 mm d’épaisseur selon les différentes couches de neurones. Il y a 52 régions (aires de Brodmann) différentes au niveau du cortex qui représentent des structures différentes. Trois grands types d’aires :
– les aires sensitives : première région qui va recevoir l’information sensorielle.
– les aires associatives : elles intègrent l’information sensorielle pour envoyer des commandes motrices soit directement aux effecteurs soit par l’intermédiaire des aires motrices.
– les aires motrices : elles contrôlent le mouvement volontaire. Elles reçoivent l’information en provenance du thalamus qui arrivent des noyaux gris centraux et du cervelet. Elles envoient des commandes motrices vers le tronc cérébral et la moelle épinière.
– Le cortex somato-sensoriel : il regroupe les aires sensitives homéostatiques. Il se situe au niveau du gyrus post-central. Les neurones reçoivent et localisent les influx nerveux en provenance des récepteurs somatiques de la peau et des propriocepteurs. Si on applique une simulation électrique sur le cortex somato-sensoriel, on crée sur l’individu une sensation soméostasique que le sujet est capable de localiser. A chaque partie du cortex correspond une partie du corps : c’est une somatotopie.
La surface occupée par les différentes régions corporelles sur le cortex somato-sensoriel est fonction de la sensibilité de chacune et du nombre de récepteurs dans chacune des parties du corps.
– Les aires pariétales postérieures : elles se situent derrière le cortex somato-sensoriel. Il existe entre ces deux aires un nombre très important de connexions. Elles reçoivent des informations sensitives, proprioceptives et visuelles. Elles assurent intégralement l’ensemble des informations, permettent de faire une évaluation du contexte. Elles intègrent l’ensemble des informations et de les traduire en perception de taille, de texture et d’organisation spatiale. L’aire numéro 5 reçoit les informations du cortex somato-sensoriel et l’aire numéro 7 reçoit les informations visuelles.
– Le cortex moteur : il est constitué de deux aires principales : A4 🡺 l’aire motrice primaire dans le gyrus pré-central, A6 🡺 l’aire prémotrice en avant du gyrus précentral.
Si une stimulation électrique est localisée sur A4, on déclenche une active tension musculaire localisée dans la partie du corps opposée à celle de la stimulation. Il existe une somatotopie. La surface occupée par chacune des parties corporelle de l’A4 est en rapport avec la finesse des contractions musculaires associées à chacune des parties du corps (homonculus moteur). Les axones de A4 projettent directement jusqu’au neurone moteur de la corne ventrale de la moelle épinière. S’il y a une lésion sur A4, cela entraîne une paralysie des muscles lui étant associés, cela affecte les mouvements volontaires, mais pas les réflexes.
A6 est plus spécialisée dans la réalisation des mouvements volontaires plus complexes et dans la coordination musculaire. Elle est aussi impliquée dans la planification des mouvements. Elle est impliquée dans la mise en mouvement de la musculation distale.
– Le cortex pré-frontal : il regroupe l’ensemble des aires antérieures du lobe frontal. Il joue un rôle important dans le traitement de la pensée abstraite, dans la prise de décision. Il existe beaucoup de connexions avec l’aire pariétale post. Ces deux cortex projettent des axones vers A6 qui permet de renseigner l’aire prémotrice sur le type d’action à réaliser.
La substance blanche : La communication se fait en grande partie par l’intermédiaire de la substance blanche. Elle contient tous les axones qui naissent des neurones du cortex ou qui s’y projettent. Ils sont regroupés en faisceaux et assurent les différents types de communication. La communication par les fibres nerveuses commissurales relie les deux hémisphères et se fait par le corps calleux. La communication par les fibres d’association dans l’encéphale peut se faire dans un même hémisphère par la substance blanche corticale : les fibres nerveuses de projection assurent la communication liant le cerveau et les centres inférieurs, qui passe par la capsule intérieure.
Les noyaux gris centraux : ils sont aussi appelés ganglions de la base. Ils se trouvent au centre de la substance blanche. Ils sont formés d’un ensemble de structures dont les principales sont : le noyau caudé, le noyau lenticulaire (le putamen et le globus pallidus).
Les noyaux gris centraux reçoivent un grand nombre d’informations sensorielles en provenance de l’ensemble du cortex cérébral. Ils peuvent communiquer entre eux. Il se crée une véritable boucle interne. Les noyaux gris influent sur les mouvements musculaires dirigés par le cortex-moteur, sans être en relation directe avec les voies motrices (effecteurs).
Rôle important dans le déclenchement du mouvement et de sa régulation car ils ont la capacité d’inhiber tous les mouvements superflus ou inadaptés.
Rôle très impliqué dans le processus de mémorisation et le processus cognitif.
Si lésion 🡺 perturbation du tonus musculaire et de la posture (maladie de Parkinson et Ballisme).
b- Le diencéphale
Il est recouvert par les hémisphères cérébraux. Il est composé du thalamus, de l’hypothalamus et de l’épithalamus.
Le thalamus : il représente 80% du diencéphale. Il se situe au-dessous du troisième ventricule et est composé de deux masses superposées, elles-mêmes composées d’un ensemble de noyaux. Chacun de ces noyaux projette des fibres vers différentes zones, spécifiques du cortex. Toutes les afférences en provenance des organes des sens passent par le thalamus. C’est pourquoi il est appelé relais sensitif : début de tri ou de traitement l’information. Il joue un rôle important dans la sensibilité et la motricité.
L’hypothalamus : il est juste en dessous du thalamus, il est relié à l’hypophyse par un ensemble de fibres nerveuses : l’infudibulum. Cette liaison permet à l’hypothalamus de commander certaines réponses par la libération d’hormones.
Il est constitué d’un ensemble de noyaux et constitue le principal centre de régulation des fonctions physiologiques 🡺 Il participe d’une manière très importante au maintien de l’homéostasie.
Ses fonctions :
* il contrôle l’action du système nerveux autonome (influence la pression artérielle, la fréquence cardiaque et gère l’apport sanguin aux régions sollicitées,…).
* centre de régulation des réactions émotionnelles et du comportement. Il comporte des noyaux associés à la douleur, plaisir, peur, colère,…
* régit l’apport alimentaire en agissant sur les sensations de faim ou de sobriété.
* régit l’équilibre hydrique (déclenche la soif).
* régule le cycle veille / sommeil 🡺 joue le rôle de l’horloge biologique.
* rôle primordial dans système endocrinien.
Les dysfonctions : perturbation de l’homéostasie (amaigrissement grave, obésité, trouble du sommeil, déshydratation).
L’épithalamus : c’est la partie la plus postérieure du diencéphale. A son extrémité, il y a le corps pinéal qui secrète la mélatonine. Elle intervient dans la régulation du cycle veille / sommeil et dans la manifestation de l’humeur.
c- Le tronc cérébral
Il est constitué du pont, du mésencéphale et du bulbe rachidien. Il est composé de substance grise entourée de substance blanche. Il sert à transmettre l’information des centres supérieurs, vers les centres inférieurs et vers le cervelet. Les centres du tronc cérébral produisent des comportements automatiques et immuables, nécessaires à la survie. Le tronc cérébral est la partie la plus vitale du système nerveux central.
Le mésencéphale : Il se situe juste en dessous du diencéphale, parcourut par l’aqueduc de Sylvius. Il est composé de plusieurs noyaux dont les plus importants sont les tubercules quadri-jumeaux 🡺 commande les réflexes visuels et auditifs.
Le pont : Il se situe entre le mésencéphale et le bulbe rachidien. Il assure la communication liant les centres inférieurs avec la moelle épinière, et les centres supérieurs avec le cervelet. Il contient des noyaux importants dont ceux associés à la respiration.
Le bulbe rachidien : Il est situé en dessous du pont, il contient plusieurs noyaux impliqués dans des fonctions importantes :
* les noyaux olivaires servent de relais aux informations sensorielles relatives à l’étirement des muscles et des articulations.
* les noyaux vestibulaires transmettent les commandes motrices en rapport avec le maintien de l’équilibre.
* le centre de la rythmicité bulbaire rythme la respiration.
* le centre cardiaque règle la force et la fréquence des contractions cardiaques.
Il est chargé de faire exécuter les actions par les effecteurs appropriés, reçues de l’hypothalamus.
Il participe au maintien de l’homéostasie et constitue un centre réflexe autonome important.
d- Le cervelet
Il représente 11% de la masse de l’encéphale. Il contient à lui seul autant de neurones que les deux hémisphères réunis.
Il contient deux hémisphères cérébelleux. Chacun est constitué d’un cortex, d’une substance blanche et de noyau gris.
Il traite l’information sensorielle et reçoit des informations des aires motrices du tronc cérébral et des effecteurs.
Il participe au maintien de la posture, de l’équilibre et assure une synchronisation des contractions musculaires en quatre phases :
* le cortex moteur déclenche des contractions musculaires et en informe le cervelet.
* il reçoit en même temps des informations des propriocepteurs (ex 🡺tension musculaire) des voies de l’équilibre et de la vision.
* il analyse l’ensemble des informations.
* Il met en place un plan d’acte à transmettre à l’aire motrice.
Il compare en permanence les intentions du cerveau, des mouvements réellement effectués et émet un message de correction. Si lésion 🡺 perte du tonus musculaire et de la coordination musculaire.
II) LA MOELLE EPINIERE
Elle s’étend des trous occipitaux jusqu’à la première vertèbre lombaire. Elle est protégée par les vertèbres et par les méninges rachidiennes. Le liquide céphalo-rachidien participe à sa protection. Au niveau de la moelle épinière, on retrouve la dure mère, l’arachnoïde et la pie mère.
Entre les vertèbres et la dure mère, il existe un espace rempli de graisse et de veines ; c’est ce que l’on appelle la cavité épidurale.
Par contre, la cavité sub-arachnoïdienne (entre l’arachnoïde et la pie mère) se prolonge jusqu’à la seconde vertèbres sacrées. Cette cavité est remplie du liquide céphalo-rachidien.
La moelle épinière se termine par le phylum terminal qui s’attache sur la face postérieure du coccyx.
La moelle épinière donne naissance à 31 paires de nerfs rachidiens qui vont émerger de la colonne vertébrale par les trous de conjugaison. Les nerfs rachidiens (lombaires et sacrés) vont parcourir une certaine distance à l’intérieur de la moelle épinière avant de sortir par les trous de conjugaison. En coupe transversale, la moelle épinière est séparée en une partie gauche et une droite ceci par 2 sillons :
* le sillon médian antérieur
* le sillon médian postérieur
La moelle épinière est composée de substance et grise ; à l’inverse de l’encéphale, la substance blanche entoure la substance grise
a- La substance grise
Elle est constituée de corps de cellules, de neurones, de neurofibres non myélinisées et de cellules de la névroglie (cellules gliales). Sur cette partie, en forme de « H », on distingue 3 régions :
* la corne postérieure
* la corne latérale
* la corne antérieure
Ces différentes parties ne contiennent pas les même neurones.
La corne postérieure contient des interneurones, la corne antérieure (la plus épaisse) renferme les corps cellulaires des neurones moteurs somatiques (permettent un mouvement volontaire) et la corne latérale renferme des neurones moteurs du système nerveux autonome (ex : muscle lisse, les viscères, glandes, cœur,…)
Les corps cellulaires des neurones sensitifs se trouvent dans une espèce de renflement de la racine postérieure, que l’on appelle les ganglions spinaux.
b- La substance blanche
Elle est composée d’axones myélinisés (plus quelques-uns uns non myélinisés 🡺 amyélinisés). Les axones sont orientés dans 3 directions :
* de la moelle épinière vers l’encéphale : vers le centre supérieur des influx sensitifs.
* de la moelle épinière vers la périphérie : influx moteur.
* d’un côté à l’autre de la moelle épinière.
La substance blanche est divisée en 3 parties qu’on appelle cordons :
* le cordon antérieur
* le cordon latéral
* le cordon postérieur
Les faisceaux ascendants contiennent les informations sensitives en provenance des récepteurs cutanés (ex : le toucher, la pression, la température, la douleur,…)
La moelle épinière transporte aussi l’information en provenance des propriocepteurs (de types différents, c’est à dire musculaire, articulaire, tendineux ou ligamenteux) et l’ensemble des informations remontent cers l’encéphale.
La moelle épinière a aussi des faisceaux descendants qui acheminent l’information motrice.
E- LE SYSTEME NERVEUX PERIPHERIQUE
Il comprend tous les systèmes nerveux sauf la moelle épinière et l’encéphale, c’est à dire les nerfs périphériques, les ganglions et les terminaisons motrices.
I) LES RECEPTEURS SENSORIELS
Ils sont capables de réagir aux changements du milieu extérieurs (stimuli). La stimulation d’un récepteur sensoriel déclenche un potentiel gradué, puis s’il est assez fort, un potentiel d’action.
– les extérocepteurs : sensibles aux stimuli du milieu extérieur
– les intérocepteurs : sensibles aux stimuli du milieu intérieur
– les propriocepteurs : spécifiques aux tendons, aux muscles squelettique, aux articulations et aux ligaments. Ils informent le système nerveux central de la position du corps dans l’espace.
– les mécano-récepteurs : sensibles à toute contrainte mécanique.
– les thermorécepteurs : sensibles aux différences de température.
– les photorécepteurs
– les chémorécepteurs : sensibles aux actions chimiques
– les nocicepteurs : sensibles aux stimuli nocifs
II) LES NERFS
Un nerf est un ensemble de fibres nerveuses (sensitives et motrices). Les nerfs crâniens et les nerfs rachidiens créent les nerfs du système nerveux périphérique.
Les nerfs crâniens émergent de l’encéphale (12 paires) qui innervent la tête, le cou et les cavités abdominales et thoraciques.
Les nerfs rachidiens (31 paires) innervent toutes les parties du corps sauf la tête et le cou.
Chaque nerf rachidien est relié à la moelle épinière par une racine antérieure et une racine postérieure.
La racine antérieure est dite motrice car ses fibres sont dirigées vers les muscles squelettiques.
La racine postérieure est dite sensitive puisque ses fibres transmettent l’information en provenance des extérocepteurs et des propriocepteurs.
F- L’ACTIVITE REFLEXE
Introduction aux sciences cognitives
Elles ont pour objet de décrire, d’expliquer, de simuler les principales dispositions et capacités de l’esprit humain (ex : le langage, le raisonnement, la perception, la coordination motrice…).
VARELA (1989) définit par sciences cognitives l’analyse scientifique moderne de l’esprit et de la connaissance sous toutes ces dimensions.
- Périodisation : 3 idées – 3 étapes
- Les 3 idées
A l’origine de ces sciences 3 idées essentielles ont émergé :
- Celle du langage mathématique ou du système formel : elle s’appuie donc sur un système formel caractérisé comme un jeu de construction où chaque pièce s’assemble selon des règles (portant sur la forme et le sens de chaque pièce). Lorsque ces pièces sont assemblées une constituent un symbole général composé, porteur d’un sens, qui résulte de la combinaison appropriée des sens de chaque pièce.
Un système fonctionne sur 2 niveaux : le niveau de la forme (ou niveau syntaxique) et le niveau du sens (ou niveau sémantique)
- La machine de TURING c’est à dire l’ordinateur avec les caractéristiques suivantes :
⇨ objet matériel qui obéit aux lois de la physique.
⇨ Ce sont des automates : difficile de modifier leur fonctionnement par une intervention extérieure quand le programme est lancé
⇨ c’est d’opérer des calculs à partir de symbole et de calculer des fonctions à variables et valeurs entières
- SHANNON et sa théorie de l’information : elle consiste en une théorie statistique du signal et des canaux de communication. SHANNON s’est intéressé au message (entre le stimulus et la réponse) et comment il était transmis.
- Les 3 périodes
- 1945 ⇨ 1955 : émergence de la cybernétique, c’est la science des machine automatisée autorégulée (WIENER). On voit les 1er ordinateur
- 1956 ⇨ 1979 : émergence de la psychologie cognitive qui apparaît en réponse au béhaviorisme. On a les 1er paradigmes cognitifs. CHOMSKY avec la grammaire générative. Naissance aussi de l’intelligence artificielle.
- Depuis 1980 : émergence du courant connexionniste et du courant de VARELA (l’énaction).
- Les disciplines et leurs regroupements
Les sciences cognitives se différencient en plusieurs domaines :
- neurosciences
- intelligence artificielle
- linguistique
- épistémologie et théorie de la connaissance
- psychologie cognitive
- Principaux axes de recherches
On a 2 axes :
- 1 axe sur les aptitudes (ou compétences) avec la perception, le langage, le raisonnement et l’action
- 1 axe de niveaux avec le niveau biologique, psychologique, algorithmique, formel
⇨ le prisme cognitif d’IMBERT
Pour le niveau biologique : niveau de réalisation matériel des mécanismes cognitifs vue sous l’angle de la biologie, de la mécanique, matériel.
Le niveau psychologique : c’est les représentations, on va caractériser la cognition à partir des représentations mais aussi du vocabulaire emprunté à l’informatique
Le niveau computationnel : il opère sur des calculs. Le processus cognitif = suite d’opération (algorithme)
Le niveau du langage formel : logico-mathématique
- Les modèles théoriques
- Les hypothèses : 3 grandes idées
- Décrire et expliquer les phénomènes cognitifs d’un point de vue purement physique est insuffisant. Les sciences cognitives vont donc s’appuyer sur les représentations pour dépasser les processus cognitifs expliqués en termes d’informations.
Pour construire une réponse, il faut donc les informations mais aussi les représentations.
- Le sujet doit opérer des opérations calculatoires c’est à dire que les processus cognitifs peuvent s’expliquer à partir des représentation mais aussi des calculs
- Ces processus s’intéressent à la boite noire, c’est à dire tout ce qui se passe au niveau du Système Nerveux Central (entre le stimulus et la réponse)
- Les fondements théoriques
La cybernétique :
le but est de créer une science de l’esprit en décrivant les processus cognitifs par des mécanismes explicites et par des formalisations logiques et mathématiques.
Le SNC sera approché sous l’angle de la logique dans lequel les neurones incarnent des principes logiques.
Interprétation : Chaque neurone est considérés comme un automate qui va apporter une réponse logique. Ces neurones sont interconnectés de façon à former des parties logiques ⇨ le cerveau est donc compris comme une machine déductive.
Le modèle est celui de l’ordinateur
Les applications : se font sur le SNC (les sciences neurologiques) et sur le raisonnement
La cybernétique est à l’origine de la théorie des systèmes (relation entre les éléments). A partir de la cybernétique, on a construit les 1ers robots à système automatisé.
Le cognitivisme (ou système computationnel) :
Le système va opérer des calculs. Dans cette théorie le cerveau est une machine qui traite les infos et la pensée est une suite d’opérations logiques et mathématiques.
Traiter de l’information = manipuler des symboles partir de règles définies, ce qui revient également à opérer des calculs.
Interprétation : Un traitement cognitiviste revient à effectuer une opération sur des éléments qui représentent un référent externes (ce à quoi il correspond).
Les symboles manipulés par la pensée sont des objets matériels, ils sont porteur d’un sens (= d’une information). L’assemblage de ces symboles aboutit à un assemblage général et cohérent des informations (l’intelligence du système).
Opération computationnelle = opération d’assemblage.
La cognition consiste donc à agir sur la base de représentation sous forme de code symbolique. Les comportements intelligents présupposent la faculté de se représenter le monde d’une certaine façon (c’est à dire autre que physique).
Les applications : se font dans le domaine médical, éducatif, robotique et sur l’intelligence artificielle.
L’intelligence artificielle :
Sa finalité : construire des machines pensantes capable de reproduire et de surpasser les capacité du cerveau humain.
L’intelligence artificielle consiste à faire réaliser par un programme informatique des tâches intelligentes (= façon opératoire de résoudre un problème) : opération de type reconnaissance de forme, prise de décision, opération d’apprentissage. Elle ne se contente pas que d’exécuter des instructions prédéfinies mais elle développe des fonctions plus élaborées : analyse de l’environnement, développement d’une stratégie.
C’est donc de simuler et de découvrir les mécanismes du fonctionnement de l’intelligence humaine.
Les applications : se font dans la robotique et dans l’étude des systèmes experts (= système informatique capable d’analyser une situation donnée, de formuler un diagnostique et de suggérer des décisions).
Le connexionisme :
Courant qui vient de la critique du cognitivisme qui concerne les relations simples entre l’objet et le symbole (informations séquentielles).
Interprétation : Pour le connexionisme, l’info n’est pas stockée dans des aires très localisées mais il suppose que le cerveau fonctionne à partir d’interconnexion entre les neurones (c’est la relation entre les éléments qui constitue l’axe essentiel).
Les supports théoriques : la cognition est vue sous l’angle des connexionnistes qui correspond à l’émergence d’états globaux dans un réseau de constituants simples.
La configuration des liens entre les ensembles neurones peuvent se modifier au cours de l’expérience grâce à un schéma distribué d’interconnexions. On ne se base plus sur des symboles abstraits mais sur des constituants simples qui collectivement expriment des propriétés globales intéressantes lorsqu’ils sont reliés. L’action se réalise dans les connexions des neurones.
Chaque constituants fonctionne seule dans son environnement local et une coopération globale émerge lorsque s’établissent des relations entre chaque constituant.
Le besoin d’unité centrale de commande de traitement n’est pas utile.
VARELA : « nul besoin de chef d’orchestre pour coordonner la chose, c’est la dynamique même du système qui va la porter »
Une cohérence interne est obtenue à un moment donné grâce aux interactions coopératives des neurones. Cette cohérence est fonction de règles locales qui gèrent les opérations individuelles et est fonction de règles de changements qui gèrent les liens entre les éléments.
Les applications : sont d’ordre épistémologique, la machine humaine va faire preuve d’auto-organisation.
Pour réussir un système organiser, il faut que chaque composant acquière une autonomie et ensuite cette unité nécessite de respecter certains principes de causalité circulaire (interconnexion).
L’énaction :
Courant de VARELA. Il est contre les représentations et les relations sujet / environnement. Sa nouvelle conception s’inspire de la phénoménologie de MERLEAU – PONTY avec une conception de la corporéité qui comporte l’aspect physique et aussi son aspect vécu (l’expérience). on va circuler des dimensions physiques aux dimensions internes. Cette corporéité a un double sens : elle désigne le corps comme une structure vécu d’une part et comme un contexte ou lieu des mécanismes cognitifs d’autre part.
Dans se contexte VARELA va donner une nouvelle dimension au corps par rapport à son environnement.
Le point de départ de sa théorie : La connaissance est le résultat d’une interprétation permanente qui émerge d’une capacité de compréhension. Ces capacités s’enracinent dans les structures de notre corporéité biologique mais elles sont vécues et éprouvées à l’intérieur de l’action à travers l’histoire culturelle de la personne.
« nous prenons part au monde en fonction de notre manière de bouger, de respirer, ce monde ne nous est pas spontanément donné »
Cette connaissance n’émerge pas que de représentations mais aussi de l’interprétation du sujet. On s’approprie cette connaissance par l’action (importance du rôle acteur)
Les supports théoriques :
- Le principe de circularité : si on se situe au niveau de l’organisation cellulaire on constate que la chaîne des opérations conduisant à la distinction d’unités cellulaires se referme sur elle-même en créant une boucle rétroactive. Le système est donc basé sur la clôture opérationnelle des éléments c’est à dire que toutes les cellules uniques indépendantes les unes des autres peuvent interagir pour constituer de nouvelles unités.
Ce type d’organisation circulaire donne aucun sens a la notion d’entrée et de sortie. La caractérisation classique du système reposant sur un flux reste pertinente dans certains cas (ordinateur, le béhaviorisme) mais n’est pas approprié pour d’autre cas (les système nerveux, interaction entre les neurones).
« De même qu’un neurone agit sur un autre dans une synapse, un ensemble de muscles agit sur le système sensoriel à travers les synapses sensori-motrices »
Les actions motrices ont donc des conséquences sensorielles est réciproquement. La cohérence du système est distribuée à travers un cercle toujours recommencé.
La cognition et l’expérience sont imbriquées dans une dynamique circulaire.
- Le principe de l’expérience : VARELA « il n’y a pas d’autre monde que celui que l’on forme à travers des expériences qui s’offrent à nous et qui font se que nous sommes »
Si nos expériences étaient subjectives, elles auraient pour point de départ notre monde interne. Si elles étaient objectives, il existerait un monde externe prédéterminé.