Moteur pour piscine : meilleur avis – choix – black friday – Comment fonctionne le cerveau humain ?

La recherche scientifique permet chaque jour d’en savoir un peu plus sur le cerveau, siège de la cognition, de la mémoire, des émotions… De l’anatomie du cerveau aux connaissances actuelles sur la conscience, en passant par les différentes maladies neurologiques, découvrez notre dossier sur le cerveau.

POURQUOI CHERCHER À COMPRENDRE LE CERVEAU ?

D’un point de vue philosophique, le cerveau est l’organe qui perçoit, qui pense, et qui agit. C’est donc lui qui permet de donner un sens à l’existence.

Au niveau sociologique, le cerveau est le chef d’orchestre de l’organisme qu’il gère tout en se gérant lui-même. Il est responsable de nos comportements, et donc de nos interactions avec les individus qui composent la société.

Scientifiquement le cerveau constitue un enjeu majeur car il renferme encore des mystères tant dans son développement, dans son fonctionnement normal et pathologique que dans ses facultés d’adaptation. Il est essentiel aujourd’hui de percer les mécanismes de la genèse de nos facultés intellectuelles, de nos émotions, et des comportements moteurs qui en sont l’expression.

Et enfin, le défi médical d’aujourd’hui est de comprendre le cerveau malade dans le cadre de maladies neurologiques (Alzheimer, Parkinson, SLA, sclérose en plaques, épilepsie…) ou psychiatriques (dépression, schizophrénie, autisme, TOC…) pour développer les traitements de demain.

C’est la raison de l’existence de l’Institut du Cerveau qui accueille une élite scientifique et médicale dans un même lieu, au sein de l’hôpital de la Pitié-Salpêtrière AP-HP à Paris, connu pour la qualité des soins prodigués et qui reçoit l’appui de Sorbonne Université, renommée pour la qualité de la formation scientifique qu’elle propose, ainsi que du CNRS et de l’INSERM, organismes de recherche nationaux.

L’accueil de nouvelles start-ups au sein d’un incubateur, la présence de plus de 500 chercheurs dans les laboratoires, l’application de cette recherche chez les malades au sein du Centre d’Investigation Clinique sont les moyens mis en œuvre à l’Institut du Cerveau pour trouver rapidement de nouvelles pistes thérapeutiques et les exploiter.

LE CERVEAU, QU’EST CE QUE C’EST ?

Le cerveau avec la moelle épinière constitue le système nerveux central, capable d’intégrer les informations, de contrôler la motricité et d’assurer les fonctions cognitives.

Il pèse environ 1,3 kg dont (75% d’eau) et est l’organe le mieux protégé, d’une part parce qu’il baigne dans le liquide céphalo-rachidien, réduisant les effets des chocs et d’autre part car il est recouvert par 3 enveloppes : les méninges. Il consomme 15 à 20% de l’énergie produite par l’organisme, essentiellement du glucose, sucre simple fourni par l’alimentation. Il est parcouru par un grand nombre de vaisseaux sanguins permettant un apport important en oxygène.

Le cerveau est constitué de 2 hémisphères (droit et gauche) réunit par le corps calleux. Chaque hémisphère cérébral est formé du lobe frontal, lieu du raisonnement, fonctions du langage, coordination motrice volontaire ; du lobe pariétal, siège de la conscience du corps et de l’espace environnant ; du lobe occipital, permettant l’intégration des messages ; du lobe temporal, centre de l’audition, de la mémoire et des émotions ; du lobe limbique pour traiter les informations concernant les émotions, les affects et la mémoire ; et du lobe de l’insula permettant de traiter la douleur, les odeurs et le gout.

Le cervelet contrôle l’équilibre et la coordination des mouvements et le tronc cérébral sert de point de passage entre les hémisphères cérébraux et la moelle épinière.

Le cerveau est composé de 100 milliards de cellules nerveuses, « les neurones », qui constituent un réseau câblé très précis. La myéline est la gaine protectrice présente le long des axones des neurones et qui permet la propagation de l’influx nerveux. Elle est formée par les oligodendrocytes qui avec les astrocytes et la microglie sont appelés cellules gliales, aussi nombreuses que les neurones. Le cerveau contient également le cortex ou substance grise : c’est la partie la plus superficielle du cerveau, en raison de la présence des corps cellulaires des neurones. Il contient également la substance blanche, où se trouvent les prolongements des neurones (axones) entourés d’une gaine de myéline. Il regroupe également 4 ventricules cérébraux, des cavités où circule le liquide cérébrospinal. Enfin, au centre, les noyaux gris centraux, encore appelés ganglions de la base, sont impliqués dans le contrôle du comportement et dans l’apprentissage.

LE CERVEAU, UN EXPERT EN COMMUNICATION

Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques, appelés influx nerveux (ou potentiels d’action). Chaque neurone est constitué d’un corps cellulaire, de prolongements appelés dendrites et axones. Ces derniers émettent des connexions avec d’autres neurones par l’intermédiaire des synapses.

Le neurone (à gauche) et la synapse (à droite)

L’influx nerveux se propage le long de l’axone pour terminer son chemin au niveau de la terminaison synaptique. Plus la fréquence de celui-ci est importante, plus le neurone produit des substances chimiques : les neurotransmetteurs (ou neuromédiateurs).

Ces derniers contenus dans les vésicules sont libérés dans le milieu extracellulaire au niveau de la synapse et vont à leur tour activer ou inhiber un second neurone au niveau de sa dendrite ou de son corps cellulaire. De nouveau, l’influx nerveux poursuit son chemin le long de ce second neurone et ainsi de suite.

Il existe plusieurs types de neurotransmetteurs. Certains peuvent être excitateurs comme le glutamate ou inhibiteur comme le GABA. Parmi les plus connus, les principaux sont la dopamine, la sérotonine, l’histamine et l’acétylcholine. Les neurones responsables de la production de la dopamine (situés dans une région profonde du cerveau appelée « la substance noire ») sont essentiels au contrôle du mouvement.

Le développement du cerveau

Le système nerveux est composé d’une grande diversité de structures et de types de cellules. Au cours du développement, le système nerveux se constitue à partir de quelques cellules seulement. Les régions cérébrales se différencient progressivement par un phénomène de régionalisation. Les cellules se différencient les unes des autres en fonction de leur position dans le système nerveux en développement. Tout ceci est contrôlé par un ensemble de gènes qui agissent de façon très spécifique et coordonnée dans le temps et dans l’espace. Ces régions cérébrales nouvellement formées vont ensuite se connecter entre elles et se spécialiser dans des fonctions particulières.

L’équipe dirigée par Bassem HASSAN s’intéresse à la formation des neurones et des réseaux neuronaux au cours du développement cérébral. Les recherches de cette équipe ont récemment mis en évidence des mécanismes essentiels régulant la production de neurones via un contrôle temporel précis de l’activité de certaines protéines essentielles.

La plasticité cérébrale

Les connexions de notre cerveau sont dynamiques et évoluent constamment pour intégrer nos expériences de vie et nos apprentissages. S’il existe des périodes critiques de plasticité cérébrale pendant l’enfance, notre cerveau reste plastique même à l’âge adulte. La majorité du remodelage des réseaux neuronaux chez l’adulte passe par le recyclage des synapses, les points de connexion entre les neurones. Les cellules gliales jouent aussi un rôle critique dans la plasticité cérébrale. En effet, elles sont très mobiles dans le cerveau et peuvent être recruter dans des sites particuliers du cerveau pour sculpter les connexions synaptiques.

L’étude de cette « plasticité cérébrale » est un champ d’étude dans lequel les chercheurs de l’Institut du cerveau sont pionniers. L’équipe d’Alberto BACCI étudie les microcircuits du cortex cérébral, en particulier les synapses entre différents types de neurones, conduisant à des circuits spécifiques du cortex cérébral.

L’équipe de Nicolas RENIER a pour objectif d’étudier les mécanismes contrôlant la dynamique d’extension des prolongements neuronaux dans le cerveau adulte, de générer des nouvelles connaissances sur l’interaction des neurones et du système vasculaire au cours des processus de plasticité et développer une cartographie des marqueurs neuronaux et des connexions du cerveau entier.

Le traitement de l’information sensorielle est une caractéristique fondamentale de notre cerveau qui est cruciale pour nos actions quotidiennes. La plupart de cette fonction cérébrale, plutôt essentielle, repose sur la performance de son unité fonctionnelle fondamentale composée par le neurone et ses connexions synaptiques. L’objectif de l’équipe de Nelson REBOLA est d’étudier les mécanismes cellulaires et moléculaires qui influent le traitement de l’information sensorielle par notre cerveau et, qui sont finalement à l’origine de notre comportement.

LES GRANDES FONCTIONS DU CERVEAU

LE CONTRÔLE DES MOUVEMENTS

Le contrôle de chaque muscle du corps est commandé par les régions motrices, en particulier l’aire de BRODMANN, composée de cellules pyramidales. Ces cellules nerveuses ont la particularité de posséder de très longs axones atteignant la base du cerveau ou ils se connectent aux neurones de la moelle épinière : les motoneurones. Chaque muscle de notre organisme est donc commandé par notre cerveau via des neurones de la moelle épinière. Le cervelet coordonne les mouvements et d’autres structures appelées les ganglions de la base le rendent plus précis.

Les troubles moteurs dits troubles du mouvement, peuvent avoir différentes origines pathologiques. Certaines maladies neurologiques entrainant ces troubles sont étudiées par les équipes de recherche de l’institut et une équipe s’intéresse aux mécanismes normaux du contrôle moteur.

L’équipe de Claire WYART étudie le contrôle moteur. Son équipe dissèque par des méthodes optiques et génétiques les circuits sensoriels et moteurs du cerveau et de la moelle épinière qui orchestrent les mouvements et la posture. L’équipe a découvert chez les espèces vertébrées qu’un système sensoriel axial réside dans la moelle épinière afin d’orienter la posture et de contrôler l’alignement de la colonne vertébrale. Ce système sensoriel repose sur des neurones qui perçoivent les déformations de l’axe dorsal au contact du liquide cérébrospinal (LCS). Les recherches de l’équipe ouvrent ainsi de nouvelles voies de recherche vers l’identification des causes des malformations de la colonne vertébrale, comme les scolioses idiopathiques.

La maladie de Parkinson

La maladie de PARKINSON, liée à une destruction massive des neurones dopaminergiques, se traduit par des tremblements et une raideur musculaire associée à des troubles de la marche. En plus de cette atteinte neuronale, des amas de protéines apparaissent au niveau des parties basses du cerveau. Ils se propagent pour atteindre le cortex cérébral à un stade plus avancé de la maladie. Le traitement actuel de cette maladie fait appel au précurseur de la dopamine, à des dérivés de ce neurotransmetteur, appelés des agonistes, qui visent à restaurer des concentrations normales de dopamine. Dans les cas les plus avancés de la maladie de Parkinson, un traitement par stimulation cérébrale profonde peut-être envisagé.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Olga CORTI / Jean-Christophe CORVOL; Marie VIDAILHET/ Stéphane LEHERICY ; Etienne HIRSH/Stéphane HUNOT ; Carine KARACHI/Brian LAU

Les tremblements essentiels

Les tremblements essentiels constituent la pathologie la plus fréquente des maladies dites des mouvements anormaux soit environ 300.000 atteints en France. Cette maladie se caractérise par des mouvements (tremblements) involontaires et incontrôlables lors d’un mouvement ou au repos. Les membres supérieurs et le cou sont le plus souvent concernés, constituant un handicap pour la vie quotidienne.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Marie VIDAILHET/Stéphane LEHERICY

La Sclérose en plaques

La Sclérose en plaques est une maladie auto-immune qui se caractérise par des lésions « les plaques » dans lesquelles la gaine protectrice des neurones « la myéline » est détruite entraînant une dégénérescence des cellules nerveuses, les neurones avec une perte de la communication entre le cerveau et les organes périphériques. Les symptômes précoces de la sclérose en plaques sont en général des troubles moteurs ou des atteintes de la vision.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Brahim NAIT OUMESMAR/Violetta ZUJOVIC ; Catherine LUBETZKI/Bruno STANKOFF

La maladie de charcot (SLA)

La sclérose latérale amyotrophique ou maladie de Charcot est une pathologie neuromusculaire progressive et fatale caractérisée par une perte des motoneurones, neurones qui commandent entre autres la marche, la parole, la déglutition et la respiration. La maladie de Charcot se caractérise par une mort progressive des neurones moteurs, une atrophie musculaire et donc la paralysie progressive des patients.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Séverine BOILLEE

Les Dystonies

Les dystonies se caractérisent par des contractions soutenues conduisant à des postures anormales comme une torsion durable du cou. Certaines formes plus sévères peuvent être généralisées et toucher les 4 membres empêchant la marche ou l’utilisation des mains. Cette pathologie peut avoir une origine génétique ou être le symptôme d’une autre pathologie neurologique.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Marie VIDAILHET/Stéphane LEHERICY

Les Paraglégies Spastiques

Les paraplégies spastiques forment un ensemble cliniquement et génétiquement hétérogène d’anomalies neurodégénératives. Elles se caractérisent par une faiblesse et une spasticité des membres inférieurs, conséquence clinique de la dégénérescence des axones cortico-spinaux, faisant le lien entre le cortex cérébral et la moelle épinière. Le principal symptôme de la maladie est une spasticité et une faiblesse des membres inférieurs conduisant à de sévères troubles de la marche et une perte de sensation. Des atteintes cognitives et cérébelleuses sont fréquemment associées.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Alexandra DURR/Giovanni STEVANIN

Les Paralysies Supranucléaires Progressives

Les paralysies supranucléaires progressives sont des maladies neurodégénératives qui débutent entre 60 et 70 ans et se caractérisent par des pertes d’équilibre à l’origine de chutes, une rigidité musculaire, des troubles oculomoteurs et des déficits cognitifs.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Alexandra DURR/Giovanni STEVANIN

Les Ataxies

Les ataxies cérébelleuses sont des maladies génétiques neurodégénératives rares du cervelet et du tronc cérébral qui entrainent de nombreux troubles moteursaffectant spécialement l’équilibre, la marche et les mouvements oculaires.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Alexandra DURR/Giovanni STEVANIN ; Nathalie CARTIER

La maladie de Huntington

La maladie de Huntington est une affection génétique rare neurodégénérative qui débute entre 30 et 50 ans. Elle est caractérisée par une mort des neurones dans les ganglions de la base dans un premier temps et qui s’étend ensuite à tout le cerveau. Les symptômes sont des troubles moteurs, cognitifs et psychiatriques progressifs qui entrainent une dépendance totale du patient.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Alexandra DURR/Giovanni STEVANIN

Syndrome de Gilles de La tourette

Le syndrome de Gilles de la Tourette est une pathologie neuropsychiatrique et neuro-développementale très hétérogène qui se caractérise par des tics, des mouvements brusques et répétés involontaires. Ces derniers apparaissent durant l’enfance, autour de 6-7 ans, et sont presque toujours associés par la suite à des symptômes psychiatriques.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Marie VIDAILHET/Stéphane LEHERICY; Eric BURGUIERE

Les Troubles Obsessionnels Compulsifs (TOC)

Les troubles obsessionnels compulsifs (TOC). Les troubles neuropsychiatriques caractérisés par la présence de comportements répétés pourraient atteindre jusqu’à 5 % de la population. L’étude des mécanismes cérébraux qui sous-tendent les comportements répétés est essentielle pour développer de nouvelles approches pour les réguler et ainsi améliorer le traitement de l’ensemble des pathologies concernées. A l’institut du Cerveau, l’équipe d’Eric BURGUIERE a pour objectif de caractériser les composantes comportementales qui sont à l’origine des comportements répétitifs, d’identifier les circuits cérébraux qui participent à l’acquisition de ces comportements et de comprendre comment l’activité neuronale est modulée dans ces circuits.

LA CONSCIENCE

La conscience est également un état physiologique du cerveau lié directement à l’activité électrique du cerveau. L’une des conditions nécessaires à la conscience – c’est-à-dire à la capacité de se formuler des rapports subjectifs tels que « Je vois X, je me souviens de Y, je suis en train de faire Z, … » – est d’être éveillé. Mais cela ne suffit pas, comme l’illustrent certaines crises d’épilepsie ou de manière plus dramatique les états d’éveil sans conscience regroupés sous l’appellation d’« états végétatifs » ou coma. Être conscient requiert spécifiquement l’éveil d’un vaste réseau cortical fronto-pariétal.

L’équipe de Lionel NACCACHE/Laurent COHEN/Paolo BARTOLOMEO s’intéresse en particulier aux mécanismes cérébraux de la conscience, et développe des outils d’imagerie aidant au diagnostic des troubles de la conscience.

LA PRISE DE DÉCISION

La prise de décision est définie selon une théorie établie comme la capacité à faire un choix en plaçant les options sur une échelle de valeur de façon à sélectionner la meilleure. Notre cerveau dispose de mécanismes capables de mettre en œuvre ces processus qui font appel à plusieurs zones corticales principalement la région orbito-frontale (situé sous le front, derrière les yeux).

L’arbitrage entre deux choix repose sur l’identification des coûts et des bénéfices de chacune des alternatives, par exemple préfère-t-on marcher 10 minutes pour voir un très bon film au cinéma ou rester assis pour regarder la télévision même si le programme est moins intéressant ?

Il a également été établi par les chercheurs de l’Institut du Cerveau un lien entre l’anatomie de certaines régions du cerveau et la capacité de contrôle des choix, en particulier lors des choix alimentaires plus ou moins sains. Une autre équipe de recherche a mis en évidence les effets de la fatigue ou de certaines maladies sur les décisions, conditions qui peuvent entrainer des biais vers des choix non adaptés.

Les équipes dont les recherches portent sur cette fonction :

Mathias PESSIGLIONE/Jean DAUNIZEAU/Sébastien BOURET ; Philippe FOSSATI/Liane SCHMIDT

LES INTERACTIONS SOCIALES

Les interactions sociales. Le cerveau émotionnel coexiste avec le cerveau rationnel (cortex préfrontal). Il est à l’origine de nos pensées, de nos actions, de nos désirs et de nos motivations. Situées au centre du cerveau, les petites structures impliquées sont principalement l’hypothalamus, le noyau accumbens (centre du plaisir, appartenant aux ganglions de la base), et l’amygdale (centre des émotions comme la peur ou le stress). Le cerveau rationnel adapte en permanence nos comportements. Les régions qui sont sollicitées se situent dans le cortex préfrontal. Ce dernier intègre les informations sensorielles et émotionnelles, organise les actions dans le temps, planifie le comportement humain en fonction de son environnement.

Les équipes dont les recherches portent sur cette fonction :

Richard LEVY ; Philippe FOSSATI/Liane SCHMIDT

LES DÉGÉNÉRESCENCES FRONTO-TEMPORALES (DFT)

Les dégénérescences fronto-temporales (DFT) sont des maladies cognitives et comportementales. Elles se manifestent par des troubles comme une apathie, une perte de motivation et d’intérêt, un repli social et une désinhibition entrainant une incapacité à respecter les règles de vie en société. Elles s’apparentent à la maladie d’Alzheimer mais sont beaucoup plus rares et se déclarent en général entre 50 et 65 ans.

Les équipes dont les recherches portent sur cette fonction :

Richard LEVY

LA CRÉATIVITÉ

La créativité est notre capacité à produire quelque chose (une idée, un produit, un service, une œuvre, etc) qui soit original et nouveau, et en même temps approprié au contexte. La créativité est essentielle pour nous permettre de nous adapter à des situations et des problèmes nouveaux, et trouver des solutions à la fois inédites et efficaces.

La créativité peut être considérée comme un comportement volontaire dirigé vers un but et faisant appel à des fonctions élaborées pour manipuler et recombiner nos idées tout en inhibant les propositions inappropriées ou comme un relâchement des contraintes et de nos inhibitions aboutissant à de nouvelles associations d’idées spontanées. Les chercheurs de l’Institut du Cerveau ont montré que ces deux aspects spontanéset contrôlés de la créativité dépendraient du cortex préfrontal mais impliqueraient des systèmes différents, un système médial et un système latéral.

Les équipes dont les recherches portent sur cette fonction :

Richard LEVY

LA MÉMOIRE

La Mémoire est un aspect complexe de notre cerveau. Il existe 2 types de mémoire : la mémoire à court terme et la mémoire à long terme. Les souvenirs sont d’abord stockés dans des régions impliquées dans l’expérience initiale et se consolident pendant le sommeil. Ils seront ensuite récupérés par des neurones du lobe frontal. Pour sa construction, le souvenir emprunte le circuit de l’hippocampe et de structures composées de substance grise, situées dans la partie profonde du cerveau.

LA MALADIE D’ALZHEIMER

La maladie d’Alzheimer se caractérise par une dégénérescence des neurones résultant de la progression concomitante de deux types de lésions : d’une part l’accumulation anormale à l’extérieur des cellules nerveuses d’une protéine appelée peptide ß-amyloïde (ou encore peptide A-bêta ou peptide Aß) conduisant à la formation de « plaques amyloïdes » encore appelées « plaques séniles », et d’autre part l’accumulation anormale de la protéine TAU dans les neurones conduisant à leur dégénérescence. La perte de mémoire est souvent le premier symptôme de la maladie d’Alzheimer qui permet d’orienter le diagnostic. Ensuite, surviennent des troubles des fonctions exécutives, des troubles de l’orientation spatio-temporelle, puis progressivement s’installent des troubles du langage (aphasie), de l’écriture (dysorthographie), du mouvement (apraxie), du comportement, des troubles de l’humeur (anxiété, dépression, irritabilité) et des troubles du sommeil avec une insomnie.

Les équipes dont les recherches portent sur cette pathologie :

Marie-Claude POTIER/Stéphane HAIK ; Richard LEVY

L’ATTENTION

L’attention est la capacité à détecter et à répondre à des signaux significatifs provenant de l’extérieur. Ainsi vous voyez le monde avec vos yeux mais c’est grâce à l’attention que vous en êtes conscient. Les processus attentionnels impliquent de vastes réseaux qui vont de la région postérieure, pariétale, à la région antérieure, frontale du cerveau. De grands faisceaux de fibres nerveuses connectent ces régions entre elles et permettent une communication rapide et efficace.

L’équipe de Paolo BARTOLOMEO/Lionel NACCACHE/Laurent COHEN utilise des méthodes comportementales, de neuroimagerie et de neurostimulation pour développer des travaux à fort impact révélant la neuroanatomie structurelle et fonctionnelle des fonctions de l’attention chez les individus sains et chez les individus présentant des lésions au cerveau.

LE LANGAGE ET LA LECTURE

Le langage et la lecture sont des fonctions cognitives développées de façon exclusive chez l’être humain. Seul l’Homme possède des aires corticales adaptées au langage parlé et à la lecture. Le langage résulte d’un ensemble de tâches effectuées dans des régions différentes du cerveau : l’aire de Wernicke (compréhension des mots) et l’aire de Broca (production des mots) reliées entre elles par un faisceau de fibres. Les troubles du langage sont appelés « aphasie ». Le langage résulte de la collaboration de ces multiples régions, qui communiquent entre elles, placées dans l’hémisphère gauche, et qui assurent la manipulation des sons, des mots, et des significations. L’apprentissage de la lecture est fortement influencé par les régions du cortex visuel.

Pour l’étude du langage et de l’apprentissage chez les sujets sains comme chez les patients, l’équipe de Laurent COHEN/Paolo BARTOLOMEO/Lionel NACCACHE fait appel à des techniques comportementales et d’imagerie cérébrale multimodale de pointe.

LES ÉMOTIONS

Les émotions résultent d’un état mental subjectif habituellement provoqué par un stimulus externe. La joie, la tristesse, la peur, la colère, le dégoût et la surprise constituent les émotions de base. Les émotions de base sont la joie, la tristesse, la peur, la colère, le dégoût et la surprise. A celles-ci s’ajoutent des émotions « sociales » : embarras, honte, sympathie, orgueil, gratitude, mépris… La naissance d’une émotion suit différentes étapes dans le système nerveux, de la transmission des stimuli à leur réception par le cortex et à leur traitement dans des régions spécifiques comme le système limbique. Situées au centre du cerveau, les structures impliquées sont principalement l’hypothalamus, le noyau accumbens, l’amygdale et l’insula ainsi que le striatum ventral et le cortex orbito-frontal. L’ensemble de ces régions traitent les informations sensorielles et affectives, organisent les actions dans le temps, et planifient le comportement en fonction du contexte et de l’environnement social.

Les émotions se distinguent classiquement du concept d’humeur par leur durée plus courte le fait qu’elles soient fortement attachées au stimulus les ayant déclenchées. Cependant, il existe probablement un continuum plutôt qu’une frontière claire entre humeur et émotions, l’humeur étant également influencée par nos évènements de vie.

LA DÉPRESSION

La dépression est une pathologie dans laquelle les symptômes sont extrêmement variés comme une tristesse excessive, à la fois dans sa durée et dans son intensité mais également dans son adaptation au contexte. La perte d’intérêt ou de plaisir et la rumination de pensées négatives sont également des symptômes fréquents. On peut aussi retrouver toute une série de symptômes physiques comme de la fatigue, un ralentissement moteur, des troubles du sommeil, ou encore des troubles cognitifs, des difficultés à se concentrer ou à prendre des décisions. Ce n’est que depuis une quinzaine d’années que la dépression est véritablement reconnue comme une maladie du cerveau au même titre que les maladies neurologiques comme les maladies de Parkinson ou d’Alzheimer. L’équipe de Philippe FOSSATI/Liane SCHMIDT s’intéresse à l’implication de régions cérébrales particulières et aux dysfonctionnements cognitifs dans l’apparition de la dépression.

LES METHODES D’EXPLORATION DU CERVEAU

L’ÉLECTROPHYSIOLOGIE

L’électrophysiologie permet l’enregistrement des signaux électriques (influx nerveux ou potentiel d’action) émis par les neurones pour communiquer entre eux. La compréhension du fonctionnement du cerveau en condition normale est indispensable pour comprendre et mieux traiter les fonctions altérées dans les maladies du système nerveux mais aussi le préserver dans son état normal. Le signal électrique transmis par chaque neurone après activation est un élément clé de l’activité cérébrale qui est altéré lors d’une maladie neurologique et psychiatrique et est souvent à l’origine des déficits observés.

L’altération du potentiel d’action est par exemple le point de départ de l’épilepsie. A l’Institut du cerveau, l’équipe de Stéphane CHARPIER/Vincent NAVARRO/Mario CHAVEZ  explore les conditions cérébrales extrêmes exprimant des activités électriques continues et anormales.

LA NEUROIMAGERIE

Les progrès des dernières décennies en neuroimagerie ont permis un développement considérable des connaissances sur l’anatomie et le fonctionnement du système nerveux. Les techniques de neuroimagerie sont regroupées en deux catégories principales :

• Les techniques de neurophysiologie basées sur la mesure de l’activité électrique ou magnétique des cellules du cerveau, comme l’électroencéphalographie (EEG) et la magnétoencéphalographie (MEG).
• Les techniques mesurant indirectement les changements d’activité cérébrale par le biais des modifications de perfusion du cerveau ou par l’injection de molécule radioactive, comme l’imagerie par résonance magnétique (IRM) et la tomographie par émission de positons (TEP).

La recherche en neuroimagerie à l’Institut du Cerveau se développent selon trois axes principaux :

• La recherche clinique : étude des grandes pathologies du système nerveux et développement de traitements innovants ;
• La recherche en sciences cognitives : compréhension du fonctionnement du cerveau et étude des bases neurales de la pensée, du comportement et du vieillissement ;
• La recherche sur le traitement du signal et de l’image : développement de nouvelles méthodes d’acquisition et de traitement des données de l’activité ́ et de l’imagerie cérébrale.

APPROCHES MOLECULAIRES ET CELLULAIRES

Les approches moléculaires et cellulaires sont utilisées pour comprendre les bases génétiques, moléculaires et cellulaires du développement, de la fonction et des maladies du système nerveux central. Parmi elles, on retrouve notamment :

• Le séquençage génétique, c’est-à-dire la lecture des longues molécules d’ADN qui forment les chromosomes. Cette lecture permet d’analyser le génome, de détecter les éventuelles mutations des gènes et d’identifier de possibles associations entre ces mutations et la manifestation des maladies neurologiques.
• Les explorations cellulaires par la mise en place de cultures de cellules facilement manipulables pour reproduire, de manière simplifiée, les mécanismes des pathologies nerveuses. Ces travaux requièrent d’enregistrer l’activité des cellules neuronales afin d’évaluer de possibles anomalies de transmission du signal électrique, de manipuler des cellules « souches » rendues pluripotentes pour produire d’authentiques cellules nerveuses ou gliales. Lorsque l’on s’intéresse au fonctionnement ou au dysfonctionnement du cerveau dans sa globalité, des techniques d’histologie sur coupes de tissu permettent d’évaluer l’intégrité des populations de neurones et de cellules gliales, au sein de différentes régions cérébrales. La visualisation des structures cérébrales peut aussi se faire en 3D, sur du tissu cérébral rendu transparent par une technique, dite de clarification
• L’imagerie cellulaire, pour observer à l’échelle microscopique des molécules, cellules et coupes de tissus, les mouvements cellulaires ou encore des compartiments à l’intérieur des cellules (organites, virus, cristaux, molécules).

L’étude du cerveau grâce à l’intelligence artificielle

L’équipe de Olivier COLLIOT/Stanley DURRLEMAN a pour objectif de concevoir de nouvelles approches mathématiques et informatiques pour l’étude de la structure du cerveau humain et de ses réseaux fonctionnels. La nécessité de transformer les données brutes d’imagerie en des modèles formalisés tels que des modèles géométriques de la structure du cerveau, des modèles statistiques de populations, des graphes de connectivité est aujourd’hui indispensable pour permettre de définir de nouveaux biomarqueurs de pathologies, d’étudier les corrélations entre génétique et symptômes ou encore de caractériser les réponses fonctionnelles du cerveau.