faculte de medecine - université lavalun sincère remerciement à m. chabot qui a su si bien...

FACULTE DE MEDECINE

U.JV

L/L

THESE

PRESENTEE

A L'ECOLE DES GRADUES

DE L’UNIVERSITE LAVAL

POUR L’OBTENTION

DU GRADE DE PHILOSOPHAE DOCTOR (Ph. D.)

PAR

CLERMONT BEAULIEU

MAITRE ES SCIENCE

DE L'UNIVERSITE LAVAL

INFLUENCE DE LA RICHESSE DE L'ENVIRONNEMENT

SUR LE CORTEX VISUEL DU CHAT

OCTOBRE 1986

11

AVANT-PROPOS

Je tiens à remercier sincèrement le Dr. Marc Colonnier pour l'aide

immense et le soutien qu'il m'a apportés tout au cours de ce stage doctoral.

Je tiens aussi à souligner tout particulièrement son empressement et sa

grande disponibilité. Je remercie de plus, Jacques Rodrigue et Lisette

Bertrand pour leur aide dans la partie technique de l'étude. J'adresse aussi

un sincère remerciement à M. Chabot qui a su si bien prendre soin des

jeunes chatons.

I

Ill

TABLES DES MATIERES

AVANT-PROPOS ii

TABLE DES MATIERES iii

LISTE DES ILLUSTRATIONS vii

LISTE DES TABLES ix

PREAMBULE 1

INTRODUCTION 5

1- Propriétés électrophysiologiques des neurones du cortex visuel

du chat. 5

1.1- Description des propriétés chez l'animal adulte 5

1.2- Le développement postnatal des propriétés des champs

récepteurs 9

1.3- Plasticité des champs récepteurs 11

1.4- Conclusions 26

2- Etudes de l'influence de la richesse de l'environnement sur

l'anatomie du cortex cérébral 28

2.1- Méthodes d'élevage en milieux pauvre et enrichi 28

2.2- Effets différentiels de l'élevage en milieux pauvre et enrichi 29

2.3- Résumé et conclusion 50

FORMULATION DU PROBLEME ET RESULTATS ESCOMPTES 51

MATERIELS ET METHODES 54

1- Modèle expérimental 54

XV

2- Prélèvement des échantillons 56

3- Détermination du nombre de neurones 64

4- Critères d'identification des lames du cortex visuel du chat 68

5- Calcul du nombre de synapses 70

5.1- Echantillonnage 70

5.2- Critères d'identification des catégories de synapses étudiées 71

5.3- Détermination du Nv 76

6- Mesure du rétrécissement 77

7- Tests statistiques 78

RESULTATS 79

1- Poids du coips 79

2- Poids de l'encéphale 81

3- Dimensions de l'encéphale 82

4- Densité numérique des neurones dans l'aire 17 du chat 86

5- Epaisseur du cortex visuel 89

6- Nombre de neurones sous 1 mm2 de surface corticale 91

7- Aire moyenne des noyaux des neurones 93

8- Densité numérique des synapses 96

8.1- Synapses à vésicules rondes 96

8.2- Synapses à vésicules aplaties 97

8.3- Proportion des synapses à vésicules aplaties 102

9- Nombre de synapses par neurone 105

V



10- Longueur des contacts synaptiques 112



11- Surface des contacts synaptiques par neurone 116



12- Proportion des synapses sur épines, dendrites et s ornas 119



DISCUSSION 125

1- Facteurs qui influencent le poids corporel ainsi que le poids et les

dimensions de l'encéphale: comparaison avec le rat 125

1.1- Effets de la richesse de l'environnement 125

1.2- Différences selon les portées ou selon les sexes 128

2- Facteurs qui influencent la densité numérique des neurones et des

synapses: explication des différences interindividuelles 130

2.1- Effets de la richesse de l'environnement sur le Nv des neurones

2.2- Effets de la richesse de l'environnement sur le Nv des synapses

2.3- Différences selon les portées ou selon les sexes 142

130

135

3- Facteurs qui influencent le nombre de synapses par neurone et leur

longueur: signification fonctionnelle du changement des circuits

vi

synaptiques du cortex visuel 143

3.1- Effets de la richesse de l'environnement 143

3.2- Différences selon les portées ou selon les sexes

CONCLUSIONS 155

BIBLIOGRAPHIE 157

APPENDICES 185

ANNEXES 188

154

vu

LISTE DES ILLUSTRATIONS

FIGURE

1- Schéma illustrant la situation de l'aire 17 du chat sur la face externe et

médiane des hémisphères cérébraux 59

2- Microphotographie d'une coupe frontale du cerveau d'un chat 61

3- Microphotographie illustrant les variations dans l'orientation des

colonnes de cellules de la région binoculaire de l'aire 17 du chat 63

4- Microphotographie illustrant les deux principaux types de synapses du

cortex visuel en microscopie électronique 75

5- Diagramme des paramètres macroscopiques 80

6- Photographie de l'encéphale de deux chats de la même portée dont l'un est

enrichi et l'autre appauvri 85

7- Diagramme du nombre de neurones par mm3 de tissu 88

8- Diagramme de l'épaisseur du cortex visuel 90

9- Diagramme du nombre de neurones sous 1 mm2 de surface

corticale 92

10- Diagramme de la surface moyenne des noyaux des neurones 95

11- Diagramme du nombre de synapses à vésicules rondes par mm3 de

tissu 100

12- Diagramme du nombre de synapses à vésicules aplaties par mm3 de

tissu 101

VIXI

13- Diagramme de la proportion de synapses à vésicules aplaties

par rapport à la somme des synapses identifiées 104

14- Diagramme du nombre de synapses à vésicules rondes par

neurone 110

15- Diagramme du nombre de synapses à vésicules aplaties par

neurone 111

16- Diagramme de la longueur des synapses à vésicules rondes 114

17- Diagramme de la longueur des synapses à vésicules aplaties 115

IX

LISTE DES TABLES

TABLES

1- Epaisseur corticale et nombre de neurones 87

2- Surface des noyaux des neurones 94

3- Densité numérique des synapses 99

4- Synapses par neurone 109

5- Longueur des contacts synaptiques 113

6- Surface des contacts synaptiques par neurone 118

7- Proportion des synapses à vésicules rondes sur les épines, les troncs

dendritiques et les somas 120

8- Proportion des synapses à vésicules aplaties sur les épines, les troncs

dendritiques et les somas 121

1

PREAMBULE

Cette thèse ne représente qu'une portion des travaux de recherche

exécutés durant mon stage d'étude pour l'obtention de mon doctorat. Une

partie de ces travaux, qui ont été faits immédiatement après ma thèse de

maîtrise, sert de point de départ pour ceux qui sont le sujet de la thèse. Les

travaux initiaux sont présentés aux annexes 1,2 et 3. Aussi, durant la

rédaction de cette thèse, j'ai complété une seconde étude sur la richesse de

l'environnement qui éclaire certaines données présentées dans le présent

ouvrage. Les résultats de cette deuxième étude sont introduits brièvement

dans la discussion et sont présentés à l'annexe 4. Ce préambule résume les

travaux initiaux et nous mènent aussi à une première formulation du

problème qui sera présentée plus à fond à la fin de l'introduction.

La synapse apparaît en microscopie électronique comme une région de

contact entre deux profils où les membranes pré et postsynaptiques sont

différenciées, c'est à dire quelles sont un peu plus denses et moins ondulées

que les membranes non-synaptiques. L'un des profils contient des vésicules

synaptiques tandis que l'autre n'en contient pas. La membrane

post-synaptique peut être bordée d'une opacité dite post-synaptique

(Colonnier '68; Gray '59; Palay '56). Cette opacité est composée en majeure

partie d'un polypeptide de poids moléculaire de 50,000 Kd (Matus '81). Deux

types de synapses ont été identifiés selon la forme des vésicules

pré-synaptiques et de la présence ou de l'absence de la densité

post-synaptique (Colonnier '68). Le premier type a un bouton terminal qui

contient une population de vésicules synaptiques de forme sphérique dont la

2

grosseur tend à être homogène. La différenciation membranaire

postsynaptique de ce type de synapse est ordinairement bordée d'une opacité

qui la fait paraître différente de la membrane pré- synap tique : c'est la

différenciation dite asymétrique. Le bouton terminal de l'autre type présente

une population de vésicules plus petites, de différentes formes, dont un

certain nombre sont aplaties. Ce type de synapse ne présente pas d'opacité

post-synaptique. La membrane post-synaptique apparaît ici plus semblable à

la membrane présynaptique que celle de l'autre type de contact: c'est la

différenciation dite symétrique. A cause de la distribution de ces synapses

dans le cortex cérébral et cérébelleux, on a suggéré que les synapses à

vésicules rondes et à différenciation membranaire asymétrique sont

excitatrices et que les synapses à vésicules aplaties et à différenciation

membranaire symétrique sont inhibitrices (voir revue par Colonnier '81).

Cette hypothèse a été confirmée en partie depuis que Ribak (78) a démontré

que les boutons terminaux qui contiennent du GABA, un neurotransmetteur

inhibiteur dans le cortex (Iversen et coll. '71; Krenjevic et Schwartz '67;

Sillito 75a), avaient une différenciation membranaire symétrique.

Dans un travail sur la distribution quantitative de ces deux types de

synapses dans les régions binoculaire et monoculaire du cortex visuel de 6

chats, nous (Beaulieu et Colonnier '85a; Annexe 1) avons trouvé que la

densité numérique (Nv: nombre par unité de volume) des synapses

asymétriques à vésicules rondes et celle des synapses symétriques à

vésicules aplaties est très semblable dans les régions monoculaire et

binoculaire du cortex visuel (aire 17) du chat. De plus, elle varie très peu

entre les différentes lames corticales. Il y a environ 275 millions de synapses

3

asymétriques à vésicules rondes par mm3 de tissu et 40 millions de synapses

symétriques à vésicules aplaties. Nous avons constaté que le coefficient de

variation (l'écart-type exprimé comme pourcentage de la moyenne) de ce

dernier type de synapses était aussi élevé que 30%. Le Nv des synapses

asymétriques à vésicules rondes était distribué de façon plus uniforme entre

les animaux. Son coefficient de variation n'était que de 7%. Nous avons

d'abord cru que la grande variation des synapses symétriques à vésicules

aplaties pouvait être due au fait que nous avions échantillonné un moins

grand nombre de ce type de synapses, ou encore que ces contacts synaptiques

pouvaient avoir une répartition non-uniforme dans le cortex visuel. Toutefois

l'examen des données a démontré que dans un même animal, il y a peu de

différence dans le Nv des synapses symétriques à vésicules aplaties entre les

deux régions de l'aire visuelle: les grandes différences sont entre les

différents chats. C’est pour cette raison qu'une analyse statistique a

démontré qu'il n'y a pas de différence significative dans le Nv des synapses

symétriques à vésicules aplaties entre les régions du cortex visuel du chat,

mais qu'il y a une différence très significative dans le Nv des synapses

symétriques à vésicules aplaties entre les animaux étudiés. Pour les

synapses asymétriques à vésicules rondes, les différences sont aussi grandes

entre les régions qu'entre les animaux et il n'y a aucune différence

significative soit entre les deux régions, soit entre les animaux.

Dans une autre étude (Beaulieu et Colonnier '85; Annexe 3), nous avons

comparé la densité numérique des neurones des régions monoculaire et

binoculaire de l'aire visuelle primaire (aire 17) à deux aires visuelles

secondaires (aire 18 et aire suprasylvienne latérale postéro-médiane: PMLS).

4

Nous avons montré que le Nv est plus élevé dans les deux régions de l'aire 17

que dans les aires 18 et PMLS qui sont semblables entre elles. On a toutefois

démontré qu'il existe une différence très significative du Nv neuronal entre

les individus qui faisaient partie de l'échantillonnage. Nous avons proposé

que ces différences interindividuelles dans la densité numérique des

synapses symétriques à vésicules aplaties et des neurones peuvent être dues

à des facteurs environnementaux. La présente étude a été faite pour vérifier

cela. L'introduction présentera la littérature qui justifie cette hypothèse et

qui nous a mené au protocole expérimental qui sera décrit dans la section

Matériels et Méthodes.

5

INTRODUCTION

1- PROPRIETES ELECTROPHYSIOLOGIQUES DES NEURONES DU

CORTEX VISUEL DU CHAT

Ll- Description des propriétés chez ranimai adulte

L'activité électrophysiologique d'un neurone du système visuel du chat

peut être modifiée par une stimulation lumineuse dans une région restreinte

du champ visuel. Cette région du champ visuel qui peut affecter la décharge

électrique d'un neurone du système visuel correspond au champ récepteur

de ce neurone (Hartline '38, voir Hubel et Wiesel '59). Kuffler ('53) a démontré

que les neurones ganglionnaires de la rétine du chat ont des champs

récepteurs qui tendent à être circulaires. Il a classifié ces neurones en 2

types principaux, les neurones "on-center" et les neurones "off-center". Le

champ récepteur des neurones "on-center" présente une zone centrale

excitatrice et une zone périphérique inhibitrice: une stimulation lumineuse

dans la portion centrale d'un tel champ récepteur amène une augmentation

de la décharge électrique du neurone, tandis qu'une stimulation de la

périphérie entraîne une diminution de la fréquence de décharge du neurone.

Les neurones "off-center" ont un centre inhibiteur et une périphérie

excitatrice.

Au niveau du cortex visuel, les champs récepteurs de la plupart des

neurones n'ont pas cette forme circulaire mais sont allongés (Hubel et

Wiesel '59; '62). Ces neurones corticaux répondent de façon maximale à un

stimulus lumineux ayant la forme d'un rectangle ou d'une ligne droite

contrastée. L'orientation de l'axe d'un tel stimulus est critique. Pour une

6

orientation donnée, la réponse électrophysiologique du neurone est très vive.

Pour certains auteurs, des neurones qui répondent ainsi de façon

préférentielle à une orientation donnée sont dits sélectifs à l'orientation (voir

Hubel '59; Hubel et Wiesel '62; '63). D'autres auteurs cependant ont des

critères plus stricts pour définir un neurone comme étant sélectif: pour eux,

il faut qu'un stimulus orienté à angle droit par rapport au stimulus préféré

entraîne une absence totale de réponse (voir par exemple Blakemore et Van

Sluyters '75; Buisseret et Imbert '76). Dans la présente étude, nous

utiliserons l'expression "sélectivité" tel que définie par Hubel et Wiesel ('62).

Dans le cortex visuel du chat adulte, de 80 à 95% des neurones sont

sélectifs à l'orientation (Bishop et coll. '71; Cynader et coll. '75a; 75b;

Heggelund et Albus '78; Henry '77; Henry et coll. '74; Hubel et Wiesel '62;

Leventhal et Hirsch '78). Si l'on considère un ensemble de neurones

provenant d'une surface assez étendue du cortex visuel, toutes les

orientations y sont également représentées (Henry et coll. '74; Hubel et

Wiesel '62; Orban et Kennedy '81). Cependant, Hubel et Wiesel ('62) ont

remarqué une similarité dans l'orientation préférentielle de la plupart des

neurones enregistrés dans une même pénétration verticale. De plus, si l'on

passe une électrode dans le cortex visuel parallèlement à la surface corticale,

ces auteurs notent un changement graduel et systématique de l'orientation

des champs récepteurs des neurones. Selon Hubel et Wiesel, les neurones

sont donc regroupés dans des colonnes dites d'orientation. Récemment, ces

colonnes d'orientation ont été démontrées anatomiquement par la technique

du désoxyglucose (Albus '79; Flood et Coleman '79; Schoppmann et Stryker

'81; Singer et coll. '81).

7

Beaucoup de neurones sélectifs à l'orientation sont aussi sélectifs à la

direction du mouvement d'un stimulus (Hubel et Wiesel '62). Un neurone qui

présente une telle sélectivité répond de façon préférentielle à une direction

particulière et le déplacement de la cible en sens contraire entraîne une

diminution marquée de la réponse électrophysiologique. Lorsqu'un neurone

présente de la sélectivité d'orientation et de direction en même temps, l'axe

préférentiel du mouvement du stimulus est orthogonal à l'axe préférentiel de

l'orientation (Hammond et Andrews '78).

Hubel et Wiesel ('59; '62) ont remarqué que la plupart des neurones du

cortex visuel du chat répondent à une stimulation lumineuse quel que soit

l'oeil stimulé. Cependant, une stimulation lumineuse d'un oeil peut

quelquefois donner une réponse beaucoup plus grande que la même

stimulation de l'autre oeil. Ainsi, tous les neurones corticaux ne sont pas

dominés également par les 2 yeux. Pour exprimer cette dominance oculaire,

Hubel et Wiesel ('62) ont subdivisé les neurones du cortex visuel en 7 classes.

Les neurones du groupe 1 et du groupe 7 sont activés exclusivement par l'oeil

contralatéral ou ipsilatéral respectivement et sont donc exclusivement

monoculaires. Les neurones des autres groupes sont binoculaires: ceux du

groupe 4 reçoivent une influence égale des 2 yeux, et ceux des groupes 2-3 et

des groupes 5-6 sont plus influencés par l'oeil contralatéral ou ipsilatéral

respectivement. Hubel et Wiesel ont remarqué que la proportion de neurones

qui répond à l'oeil contralatéral est légèrement plus élevée que celle qui

répond à l'oeil ipsilatéral. Ces mêmes auteurs ont calculé qu'environ 80%

des neurones de l'ensemble du cortex visuel du chat sont binoculaires. Les

observations de Hubel et Wiesel ont été plusieurs fois confirmées par d'autres

8

auteurs (Albus '75; Berman et coll. '82; Hammond '79; '81; Leventhal et

Hirsch '78; Wilson et Sherman '77).

Hubel et Wiesel ('63b) ont noté que s'ils faisaient pénétrer verticalement

une électrode dans le cortex visuel du chat, la plupart des neurones

rencontrés ont tendance à être dominés par le même oeil. En pénétration

horizontale, parallèle à la surface du cortex, ces auteurs ont observé un

changement régulier et systématique de l'oeil qui domine les neurones

corticaux. Ce changement se produisait à environ tous les 0.5 mm. Selon ces

auteurs, les neurones corticaux sont donc regroupés dans des colonnes dites

de dominance oculaire. Plus récemment, ces colonnes de dominance

oculaire ont été démontrées anatomiquement: les afférences

géniculo-corticales d'un oeil se terminent en bandes larges d'environ 0.5 mm

qui sont particulièrement bien définies dans la lame IV, lame qui est le site

principal des terminaisons géniculo-corticales (Ito et coll. '77; LeVay et coll.

78; Shatz et Stryker '78).

Hubel et Wiesel ('62) ont proposé un modèle pour expliquer la sélectivité

d'orientation des champs récepteurs des neurones corticaux. Selon ces

auteurs, cela viendrait d'un arrangement spatial des afférences

géniculo-corticales excitatrices. Le champ récepteur d'un neurone serait le

produit de la convergence d'un groupe de neurones du corps genouillé. Ce

modèle a été fortement contesté par la suite. Certaines études plus récentes,

faites par enregistrement intracellulaire, ont clairement établi l'importance

des mécanismes inhibiteurs dans les propriétés des champs récepteurs du

cortex visuel du chat (Benevento et coll. '72; Blakemore et Tobin '72;

Creutzfeldt et Ito '68; Finlay et coll. '76; Innocent! et Fiore '74). Ainsi selon

9

Benevento et collaborateurs ('72), l'input visuel du thalamus aux neurones

corticaux est purement excitateur et n'est pas responsable de la sélectivité

d'orientation ou de direction. D’après les preuves électrophysiologiques

présentées par ces auteurs, ces propriétés viennent plutôt des connexions

intracorticales inhibitrices.

D'autres preuves de nature pharmacologique ont confirmé ces vues. Le

GABA (acide gamma-amino-butyrique) est un neurotransmetteur inhibiteur

dans le cortex cérébral (Iversen et coll. '71; Krenjevic et Schwartz '67; Sillito

'75a). Dans le cortex visuel, si l'on élimine l'effet du GABA par la bicuculline

ou par l'un de ses dérivés, la très grande majorité des neurones perdent leur

sélectivité d'orientation et de direction. Parmi les neurones qui demeurent

sélectifs, la sélectivité à l'orientation est beaucoup moins précise (Daniels et

Pettigrew '75; Pettigrew et Daniels '73; Rose et Blakemore '74; Sillito '75b; 77;

'79; Sillito et coll. '80a; '80b; '81). L'inhibition du GABA affecte aussi la

binocularité du cortex visuel. Sillito et collaborateurs ('80a; 80b) ont démontré

que près de la moitié des neurones qui sont monoculaires chez l'animal

normal, deviennent binoculaires si l'on inhibe l'action du GABA.

12- Le développement postnatal des propriétés des champs récepteurs

Selon Hubel et Wiesel ('63a), les propriétés d'orientation et de direction

des champs récepteurs des neurones visuels du chaton âgé de 8 à 10 jours

seraient semblables à celles de l'animal adulte. Ils en ont conclu que ces

propriétés sont innées chez le chat. Toutefois, des études subséquentes ont

démontré que les champs récepteurs du jeune chaton âgé de moins de deux

semaines sont appréciablement différents de ceux de l'adulte (Barlow et

10

Pettigrew '71; Blakemore et Van Sluyters '75; Buisseret et Imbert '76;

Frégnac et Imbert '78; Pettigrew '74). Les champs récepteurs sont beaucoup

plus grands et leurs bordures ne sont pas aussi bien définies. De plus, il y a

beaucoup moins de neurones sélectifs à l'orientation et seulement quelques

neurones présentent de la sélectivité à la direction (Blakemore et Van

Sluyters '75; Pettigrew '74).

A partir de l'âge de 2 semaines, les champs récepteurs des neurones

visuels deviennent de plus en plus petits avec l'âge, leurs bordures mieux

définies et leurs sélectivités d'orientation plus précises (Bonds '79; Buisseret

et Imbert '76). On remarque aussi une augmentation progressive du nombre

de neurones qui présentent de la sélectivité d'orientation et de direction

(Bonds '79; Blakemore et Van Sluyters '75; Buisseret et Imbert '76;

Derrington '78; Frégnac et Imbert '78; Pettigrew '74; Sherk et Stryker '76;

Tsumoto et Suda '82). Les champs récepteurs et leurs propriétés tendent

ainsi à être de plus en plus semblables à celles du cortex visuel de l'animal

adulte. Vers l'âge de 5 à 6 semaines, les propriétés d'orientation et de

direction des neurones visuels sont difficiles à distinguer de celles de

l'animal adulte (Bonds '79; Blakemore et Van Sluyters '75; Buisseret et

Imbert '76; Derrington '78; Frégnac et Imbert '78; Pettigrew '74; Sherk et

Stryker '76; Tsumoto et Suda '82).

De l'âge de 8 à 10 jours jusqu'à l'âge adulte, la plupart des neurones du

cortex visuel du chat qui répondent aux stimuli lumineux sont binoculaires

(Blakemore et Van Sluyters '75; Hubel et Wiesel '63a). Cela a fait conclure à

Hubel et Wiesel que la binocularité est innée. Il est intéressant de noter

toutefois que chez le chaton, les neurones sélectifs à l'orientation ont

11

tendance à être monoculaires et que l'orientation horizontale ou verticale est

préférée aux autres orientations (Blakemore et Van Sluyters '75; Buisseret et

Imbert '76; Frégnac et Imbert '78). Après l'âge de 4 semaines, la plupart des

neurones du cortex visuel qui présentent de la sélectivité d'orientation

deviennent binoculaires et répondent aussi bien aux orientations obliques

qu'aux orientations horizontales et verticales (Frégnac et Imbert '78).

L3- Plasticité des champs récepteurs

Plusieurs manipulations expérimentales peuvent altérer les propriétés

électrophysiologiques des neurones du cortex visuel du chat (revues par

Frégnac et Imbert '84; Mohvson et Van Sluyters '81 ; Sherman et Spear '82).

Les manipulations les plus utilisées dans les laboratoires sont la privation

complète de la vision structurée obtenue par l'élevage dans le noir ou par la

suture des deux paupières; la vision monoculaire obtenue par la suture

d'une seule paupière; le strabisme chirurgical où le globe oculaire est dévié

de son axe normal; et la privation d'orientation et de direction par l'élevage

soit dans un monde visuel sans formes linéaires ou sans mouvement, soit

dans un monde où les stimuli sont orientés dans un seul plan ou qui bougent

dans une seule direction.

1.3.1- Privation complète de la vision structurée

Wiesel et Hubel ('65) ont été les premiers à analyser les propriétés des

champs récepteurs chez des animaux qui ont subi une privation complète de

vision structurée pendant une longue période. D'après ces auteurs, 25% des

neurones ne répondent à aucun stimulus visuel, un autre 25% ont des

12

champs récepteurs mal définis, et le reste ont des propriétés d’orientation et

de direction semblables à celles de l'animal adulte. Toutefois, des études

subséquentes ont décrit des modifications beaucoup plus grandes des

champs récepteurs après privation complète de vision stucturée (Blakemore

et Van Sluyters '75; Bonds '79; Buisseret et Gary-Bobo '79; Buisseret et coll.

'78; Buisseret et Imbert '76; Freeman et coll. '81; Frégnac '79a; '79b; '79c;

Kaye et coll. '81; '82; Kratz et Spear '76; Leventhal et Hirsch '77; '80; Mower et

coll '81; Pettigrew '74; Rausehecker et Singer '82; Singer et Tretter '76a; '76b;

Watkins et coll. '78). Ainsi, une privation de la vision pendant au moins 6

semaines amène une réduction importante de la proportion de neurones qui

sont sélectifs à l'orientation ou à la direction du stimulus visuel: à peine 20%

des neurones présentent encore de la sélectivité d’orientation et de direction

tandis qu'il y en a de 80 à 95% chez l'animal normal (Bonds '79; Hubel et

Wiesel '62; Leventhal et Hirsch '77; Watkins et coll. '78).

Parmi les neurones qui demeurent sélectifs, la sélectivité à l'orientation

est moins précise (Blakemore et Van Sluyters '75; Buisseret et Imbert '76;

Frégnac et Imbert '78; Leventhal et Hirsch '80; Shinkman et coll. '83). On

doit faire varier de plusieurs degrés l'angle du stimulus présenté pour noter

une diminution appréciable de la réponse. Les champs récepteurs sont plus

grands et leurs bordures ne sont pas aussi bien définies (Singer et Tretter

'76a; Watkins et coll. '78). Chez les animaux élevés dans le noir total ou avec

une suture des 2 paupières, les neurones qui répondent à la lumière et qui ne

sont pas sélectifs à l'orientation tendent à être binoculaires tandis que ceux

qui sont sélectifs sont plutôt monoculaires et préfèrent les stimuli orientés

horizontalement ou verticalement (Blakemore et Van Sluyters '75; Kratz et

13

Spear '76; Leventhal et Hirsch '80; Watkins et coll. 78).

Toutes ces propriétés des neurones des animaux qui ont subi une

privation de la vision ressemblent beaucoup à celles de l'animal nouveau-né.

C'est pourquoi, par exemple, Leventhal et Hirsch ('80) croient que la

préférence pour les stimuli horizontaux ou verticaux est déterminé

génétiquement tandis que la sensibilité à des orientations obliques chez

l'animal normal viendrait surtout de l'expérience du monde visuel au cours

de la maturation.

Il semble d'après Mower et collaborateurs 081) qu'il y a quelques

différences dans les propriétés des champs récepteurs entre des animaux

élevés dans le noir total ou élevés avec une suture des 2 paupières. Ils ont

calculé que la proportion de neurones sélectifs à l'orientation est plus élevée

chez l'animal suturé que chez l'animal élevé dans le noir. Cette différence

entre ces deux conditions expérimentales peut venir du fait que l'animal

élevé avec une suture des 2 paupières reçoit de la lumière (Loop et Sherman

'77; Spear et coll. '78) à travers ses paupières closes, tandis que l'animal

élevé dans le noir total subit une privation totale et de la lumière et des

formes structurées.

Chez l’animal élevé pendant au moins 6 semaines dans l'obscurité, la

proportion de neurones qui répondent aux deux yeux est plus élevée (70%)

que la proportion de ceux qui ne répondent qu'à un seul oeil (Blakemore et

Mitchell '73; Bonds '79; Cynader et coll. '76; Cynader et Mitchell '80; Frégnac

et coll. '81; Imbert et Buisseret '75; Leventhal et Hirsch '77; '80; Mower et

coll. '81; '85; Mower et Christen '85). Ce pourcentage n'est que légèrement

moins élevé que celui obtenu chez l'animal normal (au moins 80%; Hubel et

14

Wiesel '62). Par contre, chez des animaux élevés avec une suture des 2

paupières, la binocularité semble beaucoup plus affectée (Blakemore et Van

Sluyters '75; Kratz et Spear '76; Mower et coll. '81; Watkins et coll. '78; Wiesel

et Hubei '65). En effet, selon certains auteurs, le pourcentage de neurones

monoculaires serait plus grand que celui de neurones binoculaires chez

l'animal avec suture bilatérale (Kratz et Spear '76; Mower et coll. 81; Watkins

et coll. '78).

Mower et collaborateurs ('81) ont aussi indiqué une autre différence

importante entre les animaux élevés dans le noir total et ceux élevés avec

une suture binoculaire. Les propriétés des neurones du cortex visuel des

animaux élevés dans le noir demeurent plastiques même après une

privation de plusieurs mois; c'est à dire que les propriétés des champs

récepteurs de ces neurones peuvent être modifiées par d'autres

manipulations de l'input visuel (voir section sur la suture d'une paupière).

Par contre, les neurones du cortex visuel d'animaux où les 2 paupières ont

été suturées perdent leur plasticité après seulement quelques mois de

privation visuelle.

Comme les propriétés des champs récepteurs, qui sont affectées par la

privation complète de vision structurée, sont des propriétés qui dépendent

des circuits inhibiteurs, Leventhal et Hirsch ('80) suggèrent que ces

changements sont dûs principalement à une perte des inputs inhibiteurs et

non pas à une modification des connexions excitatrices. Ils suggèrent ainsi

que les connexions inhibitrices sont particulièrement dépendantes des

stimulations sensorielles.

15

1.3.2- Vision monoculaire

Chez un animal qui a subi une suture d'une seule paupière, les

propriétés de sélectivité des champs récepteurs des neurones qui répondent à

l'oeil qui voit, sont identiques à celles d'un individu qui n'a subi aucune

privation visuelle (Hoffman et Cynader '77; Shatz et Stryker '78; Singer '77;

Spear et coll. 80; Wiesel et Hubel '65; Wilson et Sherman '77). Par contre, les

propriétés de sélectivité des neurones de l'oeil privé de vision sont anormales:

très peu de neurones sont sélectifs à l'orientation ou à la direction du

stimulus, et l'ajustement à l’orientation est beaucoup moins précis que celui

des neurones qui répondent à l'oeil ouvert. De plus, les champs récepteurs

des neurones qui répondent à l'oeil privé de vision sont en moyenne plus

grands que ceux qui répondent à l'autre oeil et leurs bordures sont diffuses et

mal définies (Ganz et coll. '68).

En plus de l'effet sur les propriétés de sélectivité, une suture

monoculaire amène une altération de la binocularité des neurones. Wiesel et

Hubel ('63) ont démontré que la très grande majorité des neurones du cortex

visuel du chat ne répondent qu'à l'oeil normal. Ils parlent d'un déplacement

de la dominance oculaire puisque chez l'animal normal, on ne note qu'une

préférence minime pour l'oeil contralatéral. Ce changement dans la

binocularité de l'animal qui a subi une suture d'une seule paupière a été

maintes fois confirmé dans la littérature (Blakemore et Hillman '77;

Hoffman et Cynader '77; Kratz et coll. '76; Shatz et Stryker '78; Singer '76;

'77; Smith et coll. 78; Spear et coll. 80; Wiesel et Hubel '63; '65; Wilson et

Sherman '77). Ces études estiment qu'à peine 5 à 10% des neurones d'un

individu adulte répondent toujours à l'oeil privé de vision depuis la

16

naissance.

Les effets de la suture d'une paupière sont rapides. Durant la 4ème ou la

5ème semaines de vie, à peine 2 jours de vision monoculaire amènent un

déplacement marquée de la dominance oculaire en faveur de l'oeil ouvert

(Mohsvon et Dürsteler '77; Oison et Freeman '75). Le degré de déplacement

de la dominance oculaire est très semblable à celui obtenu après des temps

prolongés. Des effets moins grands peuvent être obtenus après des périodes

de temps encore plus courtes. Chez des chatons âgés d'un mois, on a pu

observer une diminution marquée de la proportion de neurones binoculaires

après 24 heures (Blakemore et Hawken '82; Mohvson et Dürsleter '77; Oison

et Freeman '75) et même après 3 à 6 heures de privation visuelle (Peck et

Blakemore '78; Schechter et Murphy '76).

Hubel et Wiesel ('70) ont démontré que le déplacement de la dominance

oculaire obtenu par une suture de paupière est dépendant de l’âge auquel la

suture à été faite. Si la suture est faite chez un animal plus âgé que 4 à 6

mois, aucun déplacement de la dominance oculaire n'est observé. Il y a donc

une période de temps définie, que ces auteurs nomment période critique,

durant laquelle le cortex visuel peut être modifié par une privation visuelle.

Chez le chat, la partie la plus sensible de la période critique se situe à l'âge

de 4 à 5 semaines (Hubel et Wiesel '70; Mohvson et Dürsteler '77; Oison et

Freeman '75; '78; '80a; '80b; '83). Blakemore et Van Sluyters (74) ont employé

une autre méthode pour démontrer cette période critique: une certain temps

après la suture d'une paupière, l'oeil privé de vision était ouvert et l'oeil

ouvert était suturé. Les résultats de cette procédure ont démontré que l'oeil

qui a été initialement privé de vision peut reprendre le contrôle des neurones

17

du cortex visuel. D'autres études ont confirmé ces résultats (Movshon '76;

Mohsvon et Dursteler '77; Oison et Freeman '78; Van Sluyters '78). La

susceptibilité des neurones corticaux à la vision monoculaire ou à l'inversion

des sutures augmente rapidement de la naissance jusqu'à l'âge de 4 à 5

semaines et ensuite diminue jusqu'à l'âge de 3 à 4 mois (Blakemore et Van

Sluyters '74; Hubel et Wiesel '70; Mitchell et coll. '78; Mohvson '76; Oison et

Freeman '75; '78; '80a; '80b; '83; Wiesel et Hubel '63; '65). Une suture

monoculaire ou une inversion des sutures après l'âge de 3 à 4 mois ne

donnent que peu ou pas d'effet sur la dominance oculaire des neurones du

cortex visuel (Blakemore et Van Sluyters '74; Cynader '83; Hoffmann et

Cynader '77; Hubel et Wiesel '70; Smith et coll. '78; Wiesel et Hubel '65).

Mower et collaborateurs ('81 ) ont démontré qu’un élevage initial dans le

noir, antérieur à la suture monoculaire, peut allonger la durée de la période

critique. Ainsi, si l'on élève un animal dans l'obscurité pendant 4 mois à un

an et qu'on le replace par la suite à la lumière mais avec une suture

palpébrale monoculaire, la grande majorité de ses cellules ne répondent qu'à

l'oeil qui voit. On se rappelle que ce déplacement de la dominance oculaire en

faveur de l'oeil qui voit, se produit dans le cas où la suture monoculaire a été

faite avant la fin de la période critique, c'est à dire avant l'âge de 3 à 4 mois.

H semble donc que le cortex visuel d'un animal élevé dans le noir total

demeure plastique même après une longue période de privation visuelle.

D'autres études ont aussi démontré cet allongement de la période critique

pour des périodes de temps pouvant aller jusqu'à deux ans (Cynader '83;

Cynader et Mitchell '80). Le cortex visuel devient toutefois de moins en moins

plastique avec le temps passé dans le noir. Il est à noter que la suture

18

binoculaire ne prolonge pas la période de plasticité des neurones du cortex

visuel. C'est en fait la différence la plus marquée entre les effets de l'élevage

dans le noir et ceux de la suture binoculaire.

Deux mécanismes ont été proposés pour expliquer les effets de la suture

d'une paupière sur les fonctions du cortex visuel (voir revues par Blakemore

'78; Frégnac et Imbert '84; Movshon et Van Sluyters '81; Sherman et Spear

'81). Un premier mécanisme proposé par Wiesel et Hubel, suggère

l'existence d'une compétition entre les fibres géniculo-corticales de chacun

des 2 yeux pour occuper l'espace synaptique du cortex visuel. Après la suture

d'une paupière, les terminaisons axonales de l'oeil qui voit, occuperaient

l'espace cortical destiné à l'oeil privé de vision. Cette hypothèse a été

confirmée en partie: le nombre d'afférences géniculo-corticales de l'oeil privé

de vision est diminué par rapport à celui de l'oeil qui a vu (Shatz et Stryker

'78; Shatz et coll. 77). La diminution des afférenees n'est cependant pas assez

importante pour expliquer entièrement la perte marquée de réponse à l'oeil

privé de vision. L'autre mécanisme proposé impliquerait surtout des

changements dans les connexions inhibitrices intracorticales. Il y a en effet

des indications chez le chat qui a subi une suture monoculaire, suggérant

que l'oeil qui voit inhibe l'oeil qui ne voit pas. Si l'oeil qui voit est enlevé, le

pourcentage de neurones qui répondent à l'oeil privé de vision, est augmenté

(Crewther et coll. '78; Hoffmann et Cynader '77; Kratz et Lehmkuhle '83;

Kratz et coll. '76; Van Sluyters '78). De plus, en injectant de la bicuculline,

un inhibiteur du G AB A, dans le cortex visuel d'un chat qui a subi une

suture monoculaire, beaucoup de neurones se mettent à répondre à l'oeil

privé de vision et il y a une nette augmentation du pourcentage de neurones

19

binoculaires (Burschfiel et DufFy '76; '81 ; Mower et coll. '85; Sillito et coll. '81 ).

De plus, Mower et collaborateurs ('85) remarquent que chez l'animal suturé

d'une paupière, le pourcentage de neurones qui est affecté par la bicuculline

est plus élevé que chez l'animal normal. Par conséquent, ces auteurs

proposent qu'il y a augmentation de l'inhibition GABAergique chez l'animal

privé de vision comparativement à l'animal normal.

1.3.3- Strabisme

Hubel et Wiesel ('65) ont été les premiers à décrire les effets d'un

strabisme induit par chirurgie sur les fonctions du cortex visuel du chat.

D'après ces auteurs, le pourcentage de neurones sélectifs à l'orientation ou à

la direction est semblable chez des animaux qui ont un strabisme divergent

et chez 1 animal normal. Ces données ont été confirmées par la suite chez

l'animal strabique soit divergent soit convergent (Blakemore et Eggers '78;

Singer et coll. '79; Yinon '76; Yinon et coll. '75). Le strabisme peut altérer

cependant certains paramètres des champs récepteurs des neurones du

cortex visuel. Ainsi, d'après Singer et coll. ('79), il y a une augmentation de

la représentation des champs visuels orientés horizontalement ou

verticalement. De plus, chez l'animal strabique convergent, les bordures des

champs récepteurs ne sont pas très bien définies et les champs récepteurs

sont relativement grands (Berman et Murphy '81; Yinon et coll. '75). Ces

dernières différences ne sont pas présentes chez l’animal strabique

divergent. Berman et Murphy ('81) voient dans cette différence, entre les

animaux qui ont un strabisme convergent et ceux qui ont un strabisme

divergent, une base clinique pour expliquer la perte d'acuité (amblyopie) < "

20

souffrent certains humains qui ont un strabisme convergent. Pour ces

auteurs, l'amblyopie dont souffre l'oeil convergent résulterait d'une perte

importante de la binocularité associée à un agrandissement des champs

récepteurs au niveau du cortex visuel.

D'après Hubel et Wiesel ('65), la proportion de neurones binoculaires

dans le cortex visuel se situe près de 20% chez le chaton élevé pendant

plusieurs mois avec un strabisme divergent. Ce pourcentage est nettement

inférieur à ce que ces mêmes auteurs ont déjà calculé chez l’animal normal

(80%; Hubel et Wiesel '62). Cette réduction de la binocularité a été plusieurs

fois confirmée chez le chat strabique divergent ou convergent (Bennett et coll.

'80; Berman et Murphy '81; Blakemore '76; Blakemore et Eggers '78; Ikeda et

Tremain '77; Singer et coll. '79; Van Sluyters et Levitt '80; Yinon et coll. '75)

et chez le singe (Baker et coll. '74).

La durée de la période critique de l'effet du strabisme semble être

identique à celle qui a été démontrée pour une suture monoculaire (Berman

et Murphy '82; Levitt et Van Sluyters '82; Yinon '76). Le degré de sensibilité à

un strabisme est bas à l'ouverture des yeux, augmente rapidement jusqu'à

l'âge de 4-5 semaines où il a atteint son maximum et ensuite décroît jusqu'à

l'âge de 3-4 mois.

Plusieurs mécanismes ont été proposé pour expliquer les effets corticaux

induits par un strabisme, Hubel et Wiesel ('65) ont suggéré que les images

visuelles ne tombant pas sur les mêmes régions de la rétine amèneraient un

manque de synchronisme des deux afférences visuelles. Cela expliquerait la

perte de binocularité des neurones du cortex visuel du chat. Cependant, plus

récemment, quelques auteurs ont suggéré que ce serait non pas une absence

21

de synchronisme qui donne cette perte de la binocularité chez l'animal

strabique, mais plutôt un déséquilibre des signaux proprioceptifs des

muscles extraoculaires (Maffei et Bisti '76; Maffei et Fiorentini '76; '77).

D’après ces auteurs, la proportion de neurones binoculaires est semblable à

celle de l'animal normal, après un strabisme bilatéral et symétrique. Cette

dernière hypothèse est toutefois difficile à concilier avec des résultats plus

récents (Bennett et coll. '80; Smith et coll. '80; Van Sluyters '77; Van Sluyters

et Levitt '80). Dans ces dernières études, les auteurs ont élevé des chatons

avec des lunettes qui contenaient des prismes causant un strabisme optique.

Ce type de strabisme n'implique pas de chirurgie des muscles

extra-oculaires. D'après ces auteurs, il n'y aurait donc pas de déséquilibre

des signaux de ces muscles. Des chatons élevés avec un strabisme optique

ont cependant une réduction considérable de la proportion de neurones

binoculaires. Ces auteurs en concluent que la réduction de la binocularité

chez l’animal strabique est causée principalement par l'altération de

l'expérience visuelle en elle-même plutôt que par un déséquilibre des voies

proprioceptives des muscles de l'oeil.

Au niveau du cortex visuel, cette altération de l'expérience visuelle qui

donne une diminution de la binocularité, serait due à une modification des

connexions inhibitrices dépendantes du GABA (Mower et coll. '85). Après

injection de bicuculline dans le cortex visuel de chats strabiques, la

proportion de neurones binoculaires est augmentée considérablement. De

plus, ces auteurs affirment que puisque la bicuculline affectent plus de

neurones chez l'animal strabique comparativement au chat normal, le rôle

de l'inhibition est augmentée chez un animal élevé dans un monde visuel

22

anormal.

1.3.4- Privation d'orientation et de direction

Propriétés d'orientation. Pour affecter spécifiquement la sélectivité à

l'orientation, deux types de manipulations ont été utilisés, soit la privation

totale de formes orientées, soit la restriction de la vision à une seule

orientation. Pour priver l'animal de la vision de formes orientées, certains

auteurs ont élevé des chatons avec des lunettes à verres dépolis sur lesquels

des points ont été dessinés (Pettigrew et Freeman '73; Van Sluyters et

Blakemore '73). Dans un tel cas, la plupart des neurones du cortex visuel du

chat ne sont plus sélectifs à l'orientation, mais répondent préférentiellement

à des point lumineux.

Trois types principaux de manipulations expérimentales ont été

employés dans la littérature pour restreindre l'expérience visuelle à des

stimuli d'une seule orientation. La première méthode consiste à placer un

animal dans un cylindre creux dont la face interne est tapissée de lignes à

orientation unique (Blakemore et Cooper '70; Blakemore et coll. '78;

Blakemore et Papaioannou '74; Florentin! et Maffei '78). On se rend compte

que cette méthode est grossière et qu'un simple déplacement de la tête de

l'animal peut faire varier considérablement l'angle des lignes. Dans la

deuxième méthode, on élève des chatons avec des lunettes à verres dépolis

sur lesquels des lignes parallèles de même orientation ont été dessinées

(Gordon et Presson '82; Gordon et coll. '79; Hirsch et Spinelli '70; '71;

Leventhal et Hirsch '75; Stryker et coll. '78). Dans la troisième méthode, les

chatons portent des lunettes munies de lentilles cylindriques où seules les

23

orientations du long axe de la lentille peuvent être clairement perçues

(Freeman et Pettigrew '73; Rauschecker '82; Singer et coll. ’81). La majorité

des études qui ont employé ces méthodes d'élevage démontrent que la

sélectivité d'orientation des neurones du cortex visuel est fortement biaisée

en faveur de l'orientation choisie expérimentalement. Le port des lunettes

ajoute aussi d'autres changements dans la fonction du cortex visuel. Ainsi,

le pourcentage de neurones qui ne sont pas sélectifs à l'orientation et qui ne

répondent pas aux stimuli visuels y est plus élevé (Freeman et Pettigrew '73;

Gordon et Presson '82; Hirsch et Spinelli '70; Rauschecker '82; Singer et coll.

'81; Stryker et coll. '78).

Propriétés de direction. Les manipulations expérimentales qui ont été

utilisées pour affecter la sélectivité de direction des neurones du cortex visuel

sont de deux sortes: la privation totale de la vision du mouvement réalisée

par l'élevage en lumière stroboscopique (Cynader et Chernenko '76; Cynader

et coll. '75b; Duysens et Orban '81; Kennedy et Orban '83; Oison et Pettigrew

'74; Pasternak et coll. '81) et la privation sélective du mouvement faite par un

élevage dans un environnement où les contours bougent dans une seule

direction (Berman et Daw '77; Cynader et coll. '75a; Daw et coll. '78; Daw et

Wyatt '76; Tretter et coll. '75). En élevant des chatons dans une lumière

stroboscopique d'une fréquence de 2 hertz pendant 10 mois depuis la

naissance, Oison et Pettigrew (75) trouvent une réduction de la proportion

des neurones qui présentent de la sélectivité à la direction. Cette perte est

cependant accompagnée d'une diminution encore plus grande de neurones

sélectifs à l'orientation. A la lumière de leurs résultats, Oison et Pettigrew

ont conclu que les effets de ce type d'élevage sur les fonctions des neurones

24

du cortex visuel du chat sont très semblables à celles observées avec une

suture des 2 paupières. Plus tard, Cynader et Chernenko (76) ont démontré

que l'élevage de chatons avec une lumière stroboscopique qui a une fréquence

plus élevée (8 Hz), entraîne une altération spécifique des propriétés de

direction. Dans leur étude, les propriétés d'orientation des neurones du

cortex visuel sont très semblables à celles observées chez le chat normal mais

la proportion de neurones sélectivement directionnels diminuent

considérablement chez l'animal expérimental. Ces derniers résultats ont été

confirmés par d'autres études (Cynader et coll. '76; Duysens et Orban '81;

Kennedy et Orban '83; Pasternak et coll. '81). Ainsi, si l'on élève des chats en

lumière stroboscopique à faible fréquence, on affecte à la fois la sélectivité

d'orientation et de direction tandis qu'à une plus haute fréquence, on

n'affecte que la propriété de direction.

L'élevage de chatons dans un tambour rotatif dans lequel les contours ne

bougent que dans une seule direction entraîne une préférence des neurones

du cortex visuel aux mouvements imposés durant l'élevage (Cynader et coll.

'75a; Daw et Wyatt '76; Tretter et coll. 75). Les effets sur la préférence

directionnelle des stimuli peuvent être renversés par un élevage subséquent

dans un tambour qui bougent dans l'autre direction (Berman et Daw '77;

Daw et coll. 78; Daw et Wyatt 76). Mais ce renversement ne peut se faire que

durant une période de temps précise, soit jusqu'à l'âge de 4 à 5 semaines.

Stryker et collaborateurs (78) ont émis deux hypothèses pour expliquer

les résultats de la restriction de l'expérience visuelle à des stimuli d’une

seule orientation. La première est dite instructive et la seconde est dite de

sélection. Selon la première hypothèse, l'arborisation dendritique des

25

neurones du cortex visuel s'organisent spatialement en fonction des stimuli

que l’animal voit durant son développement. Ainsi, les neurones corticaux

apprennent à quelle orientation spatiale il faut réagir. La seconde hypothèse

veut que l'expérience visuelle limitée amène une disparition progressive de

la réponse des neurones non-stimulés. Cette dernière hypothèse a été

énoncée parce que plusieurs neurones ne sont plus sélectifs et ne répondent

plus aux stimuli visuels suite à l'élevage dans un monde d'une seule

orientation. Stryker et collaborateurs expriment cette dernière hypothèse en

ces mots: "... cortical neurons which receive appropriate stimulation during

early life maintain their innate orientation preference, while the remaining

cells lose visual responsiveness or selectivity. The orientation selective cells

present in cat whose early visual experience has been controlled using

goggles would then represent a preserved subset of the total population of

orientation selective cells present in the young kitten." Quoiqu'il en soit, les

propriétés qui sont modifiées dépendent des circuits inhibiteurs

GABAergiques. Il faut donc penser que ces pertes qui ont été démontrées

chez des animaux élevés dans un monde d'une seule orientation, semblent

impliquer une altération des connexions inhibitrices intracorticales. Les

conclusions de Kennedy et Orban ('83) chez l'animal élevé en lumière

stroboscopique, vont dans ce sens. Ils proposent que " a number of features of

the response properties of neurons in areas 17 (...) of the strobe-reared cat

indicate deficits in intra-cortical inhibitory mechanisms". La perte de

sélectivité à la direction amène ces auteurs à proposer qu'il y a une

diminution de l'efficacité de l'input intracorti cal inhibiteur. Ces auteurs

constatent toutefois que cela devrait augmenter l'excitabilité des neurones, ce

26

qui n'est pas le cas chez ces animaux. Us en concluent que les connexions

inhibitrices et les connexions excitatrices doivent être altérées chez l'animal

élevé en lumière stroboscopique.

L4- Conclusions

Toutes ces études mettent en évidence l'importance des connexions

inhibitrices utilisant du GABA comme neurotransmetteur, dans la

binoculari té et dans l’élaboration des propriétés des champs récepteurs des

neurones du cortex visuel du chat. Cette littérature démontre aussi

clairement que ces propriétés sont modifiables durant le développement de

l'individu. Elles peuvent être altérées par des manipulations de

l'environnement visuel. De ce fait, Leventhal et Hirsch (’80) et Pearson ('83)

ont suggéré que les connexions inhibitrices sont particulièrement affectées

par l'environnement visuel que l'animal a expérimenté durant son

développement.

On sait que les synapses qui contiennent du GABA (inhibiteur dans le

cortex cérébral) ont une différenciation symétrique des membranes

synaptiques (Ribak '78) et que la plupart des synapses qui ont cette

morphologie contiennent du GABA (Somogyi et coll. '85; Wolff et coll. '84). Il

serait donc logique de croire que les synapses symétriques à vésicules

aplaties sont particulièrement affectées par 1 'environnement. C’est pourquoi

nous avons retenu l'hypothèse que ce sont des facteurs de l'environnement

qui sont responsables des différences interindividuelles que nous avons

retrouvées pour les synapses symmétriques à vésicules aplaties. Il faut

admettre cependant que les conditions expérimentales utilisées dans toutes

27

les études décrites à la section 1.3 sont différentes de celles qu'auraient pu

subir les animaux où avons trouvé ces différences interindividuelles. Même

si nous ne connaissions pas exactement les conditions d'élevage des

animaux utilisés dans notre étude précédente, nous savions cependant que

ces chats n'avaient pas subi de manipulations expérimentales privatives.

Est-ce que des changements plus subtils de l'environnement peuvent altérer

les circuits corticaux? On verra à la prochaine section que des différences

plus subtiles de la richesse de l'environnement peuvent affecter l'anatomie

du cerveau.

28

2- INFLUENCE DE LA RICHESSE DE L’ENVIRONNEMENT SUR

L'ANATOMIE DU CORTEX CEREBRAL

Les recherches sur les effets de la richesse de l'environnement sur

l'anatomie du cerveau ont commencées au début des années soixantes

(Rosenzweig et coll. '62). Elles ont révélé des changements macroscopiques

dans le poids du corps et de l'encéphale. Ces recherches ont aussi démontré

des effets microscopiques sur l'épaisseur du cortex cérébral, sur le nombre

de ses cellules, sur la morphologie de ses neurones ainsi que sur le nombre,

la longueur et même la forme de ses contacts synaptiques (voir revues par

Bennett et coll. '64; Diamond '76; Greenough et Chang '85; Jones et Smith

'80; Rosenzweig '71; Rosenzweig et coll. '72; '76; '78; Walsh '81). Dans les

paragraphes qui suivent, nous verrons en détail les études sur lesquelles ces

assertions s'appuient.

2.1- Méthodes d'élevage en milieux pauvre et enrichi

Quoiqu'il existe quelques travaux chez la souris (Henderson '70;

Rosenzweig et Bennett '69), le singe (Fleeter et Greenough '79) et la gerboise

(Rosenzweig et Bennett '69), c'est le rat qui a été l'animal le plus utilisé pour

étudier les effets de la richesse de l'environnement sur l'anatomie du

cerveau (voir revues citées plus haut). Au sevrage, vers l'âge de 25 à 30 jours,

les jeunes ratons d'une même portée sont groupés selon leur sexe et même

quelquefois selon leur poids. Ils sont ensuite placés dans deux (ou plus

rarement dans trois) environnements de différentes complexités. Dans

l'environnement dit "enrichi" (EC: enriched condition), les ratons vivent par

29

groupe de 10 à 12 animaux dans de grandes cages (70x70x45 cm). Des jouets

sont placés dans ces cages et sont changés quotidiennement. Dans quelques

études, les animaux enrichis sont placés tous les jours dans un labyrinthe

pendant 30 minutes (Rosenzweig et coll. '62). Les animaux en milieu pauvre

(IC: impoverished condition) vivent isolés dans des cages de 30x20x20 cm

dont les côtés sont opaques. Ils sont manipulés le moins souvent possible. Un

troisième environnement quelquefois utilisé est le milieu dit "social" (SC:

social condition). Dans cette condition expérimentale, trois ratons sont placés

dans une cage de 30x20x20 cm, sans jouets et sans manipulations

(Rosenzweig et coll. '72). A moins d'en aviser le lecteur autrement, les études

décrites dans les sections qui vont suivre ont été faites chez le rat, en

comparant les milieux dits "pauvres" et "enrichis".

2.2- Effets différentiels de l'élevage en milieux pauvre et enrichi

2.2.1- Effets macrocopiques

Poids du corps . Le poids du corps des animaux placés dans le milieu

pauvre pendant au moins 30 jours depuis le sevrage est en moyenne de 10 à

20% plus élevé que celui des animaux enrichis (Fiala et coll. '77; Krech et

coll. '60, '66; Quay et coll. '69; Riege et Morimoto '70; Rosenzweig et Bennett

'69, '72; Walsh et coll. '71, '73; Will et coll. '77). Lorsque la période de

traitement est plus courte que 30 jours, il semble que ces différences sont

moins marquées (Malkasian et Diamond '71 ; Zolman et Morimoto '65). Les

auteurs ont suggéré que les différences de poids entre les deux conditions

expérimentales sont dues à l’effet combiné de la consommation accrue de

nourriture et du niveau très bas d’activité musculaire des animaux en

30

milieu pauvre (Fiala et cell. '77; Walsh et coll. '71).

Poids du cerveau. La plupart des études ont démontré que les

encéphales des rats élevés dans un milieu riche sont significativement plus

lourds que ceux des animaux élevés dans un milieu pauvre (Bennett et coll.

'69, '74; Bhide et Bedi '82, '84a, '84b; Cummins et coll. '73; Eterovic et

Ferchmin '74; Ferchmin et coll. '70, '75; Geller et coll. '65; Globus et coll. '73;

Katz et Davies '83, '84; Krech et coll. '66; Riege '71; Rosenzweig '66;

Rosenzweig et coll. '71, '72; Walsh et coll. '74). Toutefois, les effets de la

complexité de l'environnement sur ce paramètre sont minimes (de l'ordre de

1 à 5%) et il faut utiliser beaucoup d'individus pairés par litières, par sexe et

par poids corporel au sevrage, pour démontrer une différence significative.

Par exemple, 80 jours d'élevage différentiel démontrent une différence

significative d'à peine 1% entre 175 paires de rats mâles enrichis et

appauvris (Rosenzweig et coll. '71). Walsh et collaborateurs ('74), en utilisant

200 paires de rats élevés dans les mêmes conditions expérimentales pendant

18 à 530 jours ont trouvé une différence moyenne dans le poids de l'encéphale

de l'ordre de 3%. Beaucoup d'études, qui ont utilisé un plus petit nombre de

sujets ou n'ont pas pairés leurs animaux au sevrage, n’ont pu démontrer de

changements significatifs entre les deux milieux expérimentaux (Bennett et

coll. '64; Cmic '83; Krech et coll. '60, '62; McConnell et coll. '81; Quay et coll.

'74; Riege et Morimoto '73; Rosenzweig et coll. '62, '68; Walsh et coll. ’69).

Chez la souris, Henderson ('70) et LaTorre ('68) ont démontré une

augmentation moyenne du poids de l'encéphale d'environ 4 à 5% chez des

animaux enrichis. Henderson ne trouve pas de différence significative chez

les parents mais seulement chez les descendants de parents qui ont été

31

élevés dans des milieux riches et pauvres, tandis que LaTorre ('68) a trouvé

une différence significative dans deux lignées génétiques de souris dont les

parents n'ont pas subi d'élevage différentiel. On pourrait expliquer les

résultats d'Henderson par le fait que des parents "enrichis" forment un

milieu plus riche pour leur progéniture.

Les différences de poids de l'encéphale qui résultent de l'élevage en

milieu riche et pauvre ne sont pas les mêmes pour toutes les parties du

cerveau. Dans l'une de leurs études, Rosenzweig et collaborateurs ('62)

n'ayant découvert aucune différence significative dans le poids de

l'encéphale de rats enrichis et appauvris, ont eut l'idée de peser séparément

le cortex cérébral et les régions sous-corticales. L'ensemble du cortex de

l'animal enrichi y était significativement plus lourd (4%) que celui de

l'animal appauvri. Ils ont aussi pesé séparément des pièces de tissu qui

provenaient de différentes parties du cortex cérébral. Avec l'aide d'une règle

en matière plastique en forme de T (voir Fig. 2 dans Bennett et coll. '64), ils

prenaient des pièces de tissu d'une surface corticale de grandeur constante

dans des régions prédéterminées du cortex cérébral. Avec cette méthode,

pour le moins grossière, ils ont conclu que c'est le cortex visuel (région

occipitale du cortex) qui présente la plus grande différence après un élevage

différentiel de 30 à 80 jours. Le poids de cette région est de 6 à 10% plus élevé

chez l'animal enrichi. Le poids du cortex somatosensoriel (région frontale)

est le moins influencé par ces conditions expérimentales. Ils n'y trouvent

qu'une différence d'environ 2% entre les deux groupes d'animaux. Cette

méthode a été plusieurs fois employée par la suite et les résultats de

Rosenzweig et collaborateurs ont été maintes fois confirmés (Bennett et coll.

32

'64, '69, '74; Globus et coll. '73; Krech et coll. '66; LaTorre '66; Riege et

Morimoto '70; Rosenzweig '66; Rosenzweig et coll. '68, '69). En dépit des effets

importants de l'environnement sur le poids de la région occipitale, des rats

élevés en colonie ou isolés dans une cage mais dans le noir total ou après

énucléation à la naissance présentent eux aussi des différences dans le poids

du cortex occipital (Krech et coll. '63). Ces auteurs ainsi que Rosenzweig et

collaborateurs ('69) en ont conclu que les différences dans le poids du cortex

occipital entre les deux milieux ne seraient pas reliées aux stimuli visuels.

Toutefois, si l'on considère la technique utilisée, et le fait que ces résultats

n'ont jamais été vérifiés, il serait dangereux d'accepter cette conclusion

comme étant définitive.

Comme les différences dans le poids de l'encéphale sont minimes,

certains auteurs (voir Rosenzweig et coll. '71) ont pensé que le liquide

extracellulaire pourrait être responsable de la différence dans le poids de

l'encéphale des animaux pauvres et enrichis. Des mesures sur du tissu

séché ont montré un effet du même ordre de grandeur que sur du tissu frais

(Bennett et coll '69; Eterovic et Ferchmin '74; Hoover et Diamond '76). On doit

donc conclure que la différence entre les deux conditions expérimentales est

vraiment due à une augmentation du tissu parenchymateux chez l'animal

enrichi.

Longueur et largeur des hémisphères cérébraux. Chez le rat, la

croissance en largeur des hémisphères est complétée au moment du

sevrage, à l'âge de 20 jours (Altman et coll. '68). Il n'est donc pas surprenant

que l'élevage différentiel en milieu pauvre et enrichi, qui débute au sevrage,

n'amène aucune différence significative dans la largeur des hémisphères

33

cérébraux (Altman et coll. '68; Rosenzweig et Bennett '69; Walsh et coll 73).

Contrairement à la largeur, la longueur des hémisphères cérébraux croît

encore au moment du sevrage (Altman et coll. '68). Cette dimension est donc

susceptible d'être affectée par l'environnement et on trouve en effet des

différences dans la longueur cérébrale entre les rats élevés dans les 2

milieux (Cummins et coll. '73, '77; Cummins et Livesey '79; Kuenzle et

Knusel '74; Walsh et coll. 71). La plupart des études ont démontré que ces

différences augmentent avec le temps passé dans les conditions

expérimentales (Cummins et coll. '77; Cummins et Livesay '79; Kuenzle et

Knusel 74). Elles sont de l'ordre de 1 à 2% après 30 jours (Cummins et

Livesey '79; Walsh et coll. 71), de 3% après 80 jours (Cummins et Livesey 79;

Walsh et coll. 71) et de 5% après 120 jours (Cummins et Livesey 79).

Toutefois, Cummins et collaborateurs (73) ne confirment pas cette tendance

puisqu'ils n'ont obtenu qu'une différence de 1% après 509 jours d'élevage

différentiel. On pourrait donc supposer qu'à un âge très avancé, les

différences dans la longueur des hémisphères régressent et deviennent

moins marquées: on verra plus loin que certains paramètres sont plus

affectés à 30 jours qu’à 80 jours d'élevage différentiel.

Dans une étude où ils n'ont trouvé aucune différence statistique dans la

longueur et la largeur des hémisphères cérébraux entre des rats élevés

différentiel!ement pendant 30 jours, Walsh et collaborateurs (71) ont pu

démontrer quand même une différence significative de la surface corticale,

en multipliant ces 2 paramètres. Ce qui fait dire à Walsh ('81) que le produit

de la longueur et de la largeur cérébrale serait l'indice le plus distinctif des

effets différentiels de l'environnement sur les dimensions des hémisphères

34

cérébraux.

2.2.2- Effets microscopiques sur le cortex cérébral

Epaisseur du cortex cérébral. Chez le rat, l'épaisseur du cortex cérébral

augmente de la naissance jusqu'à l'âge de 26 jours pour ensuite croître plus

lentement jusqu'à l'âge de 650 jours (Diamond et coll. '65, '77). Cette

augmentation de l'épaisseur est affectée par l'environnement. Toutefois les

régions du cortex cérébral ne sont pas toutes affectées uniformément par un

élevage en milieu pauvre et enrichi. Les différences riches pauvres sont plus

marquées au niveau du cortex visuel et paravisuel (5 à 10%; Bennett et coll.

'64; Bhide et Bedi '82, '84a, '84b; Connor et coll. '80; Cummins et coll. '82;

Davies et Katz '83; Diamond et coll. '64, '66, '67, '71, '72, '75, '76; Hamilton et

coll. '77; Katz et Davies '84, '83; Katz et coll. '82; Pappas et coll. '78;

Rosenzweig '66; Rosenzweig et coll. '69; Szeligo et Leblond '77; Uylings et coll.

'78a, '78b; Walsh et coll. ’69) et la différence est minimale dans les régions du

cortex moteur et somatosensoriel (2 à 3%; Diamond et coll. '72; Rosenzweig et

coll. '72). Il est intéressant de constater que les effets de l'environnement sur

l'épaisseur corticale n’augmentent pas pari passu avec la période de temps

passée dans le milieu. Des différences dans l'épaisseur corticale peuvent être

produites par des périodes de temps d'élevage différentiel d’aussi peu que 4

jours (3% dans le cas du cortex occipital; Diamond et coll. '76). Elles sont plus

marquées après 30 jours (7%), mais diminuent après 80 jours d'élevage

différentiel (4-5%; Diamond et coll. '72).

Comme je l'ai déjà fait remarqué, toutes ces études ont été menées chez

des rats placés dans leur milieu respectif après sevrage. Un travail

35

intéressant de Malkasian et de Diamond (71) a démontré que l'épaisseur

corticale peut être 15% plus grande chez des jeunes ratons placés dès la

naissance dans un milieu riche formé de plusieurs familles,

comparativement à des ratons élevés avec leur seule famille.

Nombre de cellules. Dans les études traitant de l'effet des milieux

pauvres et enrichis sur le cortex cérébral, différentes méthodes ont été

employées pour calculer le nombre de cellules dans le cortex occipital. Une

première méthode consiste à compter le nombre de profils de noyaux ou de

nucléoles sur des sections histologiques épaisses teintes avec la méthode de

Nissl (Diamond et coll. 64, '66; Katz et Davies '84). Les profils sont comptés

sur une surface de grandeur définie. Comme on connaît l’épaisseur de la

section, on peut exprimer ces résultats en terme de neurones par unité

volumétrique pourvu qu'on fasse les corrections qui s'imposent du fait que

certains objets comptés peuvent être coupés par les côtés de la section

(Abercrombie '46). Certains auteurs expriment toutefois leurs résultats en

terme de nombre de cellules par champ microscopique ou par aire.

Cependant, il faut noter que cette valeur ne représente pas réellement le

nombre d’objets par aire puisque les sections histologiques que ces auteurs

ont utilisées ont une épaisseur non négligeable par rapport aux profils

étudiés: techniquement, pour obtenir le rapport nombre sur aire (le Na tel

que défini en stéréologie), il faut que l'épaisseur de la section histologique soit

négligeable par rapport à celle des profils étudiés (voir Weibel 79). Quoiqu'il

en soit, en admettant que toutes les coupes histologiques étudiées ont

exactement la même épaisseur, des différences dans le nombre de cellules

par champs microscopiques obtenues par cette méthode, devraient donner

36

une bonne estimation du degré véritable de différence.

Une autre méthode détermine le rapport du nombre de noyaux sur une

surface donnée (Na) sur des coupes histologiques dont l'épaisseur est

négligeable par rapport aux profils étudiés (Szeligo et Leblond '76). En

mesurant aussi la grandeur des profils des noyaux, on peut à l'aide de

formules mathématiques, évaluer le nombre d'objets par unité volumétrique

(Nv: Bhide et Bedi '84a, '84b, '84c, '85; Turner et Greenough '85). Cette

méthode s'applique aussi aux comptes de synapses. Pour plus de détails, voir

la section Matériels et Méthodes.

Nombre de neurones. Diamond et collaborateurs ('64) ont été les

premiers à étudier le nombre de neurones dans le cortex d'animaux élevés

en milieux pauvre et enrichi. Sur des sections histologiques teintes par la

méthode de Nissl ils ont démontré que le nombre de neurones par champ

microscopique était en moyenne 17% plus petit dans le cortex visuel

d'animaux élevés 80 jours dans un milieu riche. Cette différence est

significative avec un pcO.Ol. Comme pour le poids cortical, le cortex visuel

est plus affecté que les autres régions corticales: le nombre de neurones par

champ microscopique dans le cortex somatosensoriel n'est que de 7% plus

petit chez les animaux enrichis (p<0.05). De plus, d'après ces auteurs, ce

sont les lames II et III qui sont le plus affectées par l'élevage différentiel.

Pour l'ensemble du cortex visuel, Bhide et Bedi 084a, '84b) ont démontré

que le nombre de neurones par unité de volume (Nv) est de 5 à 9% plus petit

chez des animaux qui ont vécu 30 jours dans le milieu riche. Ils ont

également démontré que les lames supérieures sont plus affectées que

l'ensemble du cortex: le Nv des neurones dans les lames II et III du cortex

37

visuel de rats enrichis est de 16 à 18% plus petit que celui des rats pauvres

(Bhide et Bedi '84b, '84c, '85). Une différence semblable (15%) dans le Nv des

neurones a aussi été démontrée par Turner et Greenough ('85) pour

l'ensemble des lames I à IV du cortex visuel du rat. Il faut noter toutefois

que Katz et Davies ('84) en élevant 32 paires de rats pendant 2 mois n'ont pu

confirmer ces données. Us observent bien un nombre plus petit chez l'animal

enrichi mais, d'après eux, cette différence n'est pas significative.

Dès leur première étude, Diamond et collaborateurs ('64) assument que

le nombre total de neurones est fixe et que la réduction du nombre de

neurones par champ microscopique dans le cortex visuel d'animaux

enrichis n'est en fait que le reflet d'une dilution d'une même quantité de

neurones dans un volume plus grand de tissu cérébral. Dès cette époque, ils

suggèrent que cette dilution est due à une plus grande et plus complexe

arborisation dendritique des neurones des animaux enrichis, ce qui aurait

pour effet de séparer les corps cellulaires les uns des autres et d'augmenter

l'épaisseur corticale. En 1966, ils reprennent leurs résultats de 1964 mais

cette fois-ci, ils expriment le nombre de neurones en tenant compte de

l'épaisseur du cortex. Ainsi, ils calculent le nombre de neurones par

champs microscopiques successifs de la pie-mère à la matière blanche. La

différence entre les 2 milieux est alors plus petite (3%) et non significative.

Ils concluent que cela confirme en partie l'hypothèse de la dilution du

nombre de neurones dans un plus grand volume.

Nombre de cellules gliales. L'élevage en milieu pauvre et enrichi n'a

pas d'effet significatif sur le nombre de l'ensemble de tous les types de

cellules gliales par champ microscopique (Diamond et coll. '64; Katz et

38

Davies '84). Cependant, si l'on tient compte de l'épaisseur corticale, le

nombre de cellules gliales est 14% plus élevé dans le cortex visuel de l'animal

enrichi, le rapport nombre de cellules gliales par neurone est de 13 à 16%

plus élevé chez l’animal enrichi (Diamond et coll. '64, '66) et ces différences

sont significatives. La différence du rapport cellule gliale/neurone se

comprend facilement puisque le nombre de cellules gliales par champ

microcopique est semblable entre les 2 groupes d'animaux tandis que le

nombre de neurones par champ microscopique est plus élevé chez les

animaux pauvres.

Pour déterminer si un type particulier de cellule gliale change plus que

l'autre suite à un élevage différentiel, Diamond et collaborateurs ('66) ont fait

des comptes séparés sur les deux principaux types: les astrocytes et les

oligodendrocytes. Après 80 jours d'élevage différentiel, le nombre

d'oligodendrocytes par champ microscopique est significativement plus élevé

chez l'animal enrichi (20%) tandis que celui des astrocytes n'est pas

significativement différent entre les 2 groupes d'animaux (Diamond et coll.

’66). Toutefois, le rapport du nombre d'astrocytes par neurone est quand

même 13% plus élevé chez l'animal enrichi (Szeligo et Leblond 77). Une telle

différence significative ne s'observe que si la période d'élevage différentiel

dure au moins 80 jours. Bien sûr, le rapport oligodendrocytes/ neurone est

également plus élevé dans le milieu riche mais l'effet différentiel est

maximal à 30 jours (33%; p<0.005) tandis qu'il est un peu moindre à 80 jours

(25%; p<0.01; Szeligo et Leblond 77). Bhide et Bedi (’84b) n'ont pas pu

confirmé ces changements dans leurs études sur le Nv des cellules gliales.

Szeligo et Leblond (77) et Jones et Smith ('80) suggèrent qu'un plus grand

39

nombre d'oligodendrocytes peut être requis pour la myélinisation d'axones

plus nombreux et plus gros et qu'un plus grand nombre d'astrocytes

servirait les besoins nutritionels et de support plus grands, dûs à l'activité

accrue des neurones de l'animal enrichi.

Morphologie de l'arbre dendritique. Les changements dendritiques

induits par l'élevage en milieux pauvre et enrichi ont été analysés par trois

méthodes différentes. La première méthode est tirée de Shell ('56). Elle

consiste à décrire les ramifications dendritiques en terme d'intersections

faites par les dendrites avec des cercles concentriques, dessinées à

intervalles réguliers à partir du corps cellulaire (Sholl '56; voir aussi Fig. 1

dans Jones et Smith '80). Cette technique nous donne un indice combiné de la

longueur, du degré de ramification et de la position des branches

dendritiques par rapport au périkaryon. La deuxième méthode consiste à

classifier les branches dendritiques selon leur degré de ramifications. Une

branche qui prend sa source directement du corps cellulaire ou du dendrite

apical (dans le cas de cellules pyramidales) est classifiée branche du premier

degré. Les deux autres branches qui se séparent de la branche du premier

degré à la première bifurcation, sont du deuxième degré et ainsi de suite. On

compte le nombre de dendrites pour chaque degré de ramification. Cette

technique a été décrite par Coleman et Riesen ('68). Une telle analyse nous

donne un très bon indice du degré de ramification de l'arbre dendritique. La

dernière façon d'analyser les changements dendritiques consiste à mesurer

la longueur de l'arbre dendritique au complet ou de chaque segment

dendritique. Elle s'allie bien à la classification de la 2ème méthode.

En utilisant la première technique, Holloway ('66) a démontré qu'après

40

80 jours d'élevage différentiel, les dendrites des neurones de forme étoilée de

la lame II du cortex occipital font plus d'intersections avec les cercles

concentriques chez des rats élevés dans le milieu riche. Ceci peut signifier

que le nombre de dendrites est plus élevé dans le milieu riche ou encore que

les dendrites sont plus longues (les deux hypothèses ne sont pas

mutuellement exclusives). Une série d'études subséquentes faite par l'équipe

de Greenough (Greenough et Volkmar '73; Greenough et coll. '73; Volkmar

et Greenough '72) complète de façon très élégante les travaux de Holloway.

Dans un premier temps, Volkmar et Greenough ('72) analysent le nombre et

le degré des segments dendritiques des cellules pyramidales des lames II,

IV et V et des cellules étoilées de la lame IV dans le cortex occipital de rats

élevés différentiellement pendant 30 jours. Tous les types de cellules de

l'animal enrichi présentent un plus grand nombre de segments dendritiques

dans les degrés les plus élevés. Donc, chez l'animal enrichi, l'arbre

dendritique est plus ramifié dans sa portion distale. Greenough et Volkmar

(73) constatent de plus que dans le cas des cellules pyramidales, ce haut

degré de ramification des portions distales de l'arbre dendritique provient

principalement des dendrites basilaires. Les animaux enrichis ont tendance

à avoir plus de dendrites basilaires au-delà de la 3ème et de la 4ème

bifurcation. Dans cette étude, aucune différence dans la longueur des

segments dendritiques n'est observée entre les deux conditions

expérimentales. Il faut noter cependant que selon Juraska ('84), la longueur

des segments dendritiques des branches terminales et que l'étendue de

l'arbre dendritique sont significativement plus élevées chez l'animal enrichi.

Greenough et collaborateurs (73) ont analysé l'arbre dendritique de cellules

41

pyramidales des lames IV et V au niveau du cortex temporal et des lames II

et IV au niveau du cortex frontal chez des rats élevés dans des milieux

pauvres et enrichis pendant 30 jours. Dans le cortex temporal, ils ont

démontré encore une fois que les dendrites basilaires des cellules

pyramidales de la lame IV et de la lame V ont significativement plus de

segments dendritiques dans leur portion distale chez l'animal enrichi.

Cependant, aucune différence n'a pu être démontrée au niveau du cortex

frontal. L'ensemble de ces travaux confirme donc l'hypothèse originale de

Diamond et collaborateurs ('64) que la chute du nombre de neurones par

champ microscopique est due, du moins en partie, à l'augmentation de la

complexité et de la grosseur des arbres dendritiques chez l'animal enrichi.

Il est intéressant de constater que Greenough et collaborateurs (73) et

Juraska ('84) ont également démontré qu'il existe une différence significative

entre les différentes portées d'animaux utilisés dans l'étude quant au degré

de ramification des cellules. De plus, d'après Juraska (’84), l'arbre

dendritique des neurones des animaux mâles a une portion terminale

dendritique plus ramifiée et des dendrites plus longues que celui des

femelles.

Récemment, des études ont été entreprises pour déterminer si des

changements dendritiques peuvent être induits par un élevage différentiel

d'animaux d'âge adulte. L'âge auquel les animaux ont été placés dans leur

milieu respectif a varié de 112 jours (Uylings et eoll. 78) à 630 jours (Connor

et coll. '80). Les animaux ont vécu dans les milieux différentiels de 1 à 6

mois. Dans ces conditions, on a observé chez l'animal enrichi une

augmentation du nombre et de la longueur des ramifications de la portion

42

distale des dendrites basilaires des cellules pyramidales (Connor '82; Connor

et coll. '80, '81, '82; Green et coll. '83; Juraska et coll. '80; Uylings et coll. '78a,

'78b;). A prime abord, il peut sembler surprenant que l'arbre dendritique

puisse subir de tels changements à l’âge adulte mais il ne faut pas oublier

que le cerveau du rat croît de la naissance jusqu'à un âge très avancé (au

moins 650 jours; Diamond '76).

Selon Jones et Smith 080), le degré de complexité de l'arbre dendritique

répéterait bien l'organisation synaptique: "Dendritic branching complexity

may well reflect patterns of increasing synaptic organization, the more

complex the arrangement of dendritic branches the greater the number of

potential sites of synaptic interaction.".

Grosseur du corps cellulaire et du noyau des neurones. Diamond et

collaborateurs ('66) ont été les premiers à mesurer la grosseur des périkarya

et des noyaux des neurones dans le cortex cérébral d'animaux élevés dans

des milieux pauvres et enrichis. Dans un premier travail, ils n'ont trouvé

aucune différence significative après une période d’élevage différentiel de 80

jours. Ces auteurs s’attendaient à trouver une différence puisque

l'accroissement de l'arbre dendritique chez l'animal enrichi devrait selon

eux, s'accompagner de plus gros noyaux ou de plus gros périkarya. Dans

une étude ultérieure, ils analysent de nouveau leur matériel de '66 mais cette

fois, ils augmentent leur échantillonnage de cellules étudiées et subdivisent

le cortex visuel en trois parties d'épaisseurs égales (Diamond et

collaborateurs '67). Dans le premier tiers supérieur (à partir de la pie-mère),

la surface des périkarya et des noyaux est significativement plus grande (18

à 20%) dans le cortex visuel de l'animal enrichi. Dans le deuxième et le

43

troisième tiers du cortex, la surface des périkarya et des noyaux est

également plus grande dans le cortex des animaux enrichis, mais la

différence, malgré quelle soit toujours significative, n'est plus que de 10%.

En élevant des jeunes ratons depuis l'âge de 6 jours jusqu'à l'âge de 28 jours

dans des milieux riches et pauvres, Malkasian et Diamond ('71) ont trouvé

que la surface des noyaux du cortex visuel de ratons enrichis est en moyenne

25% plus élevée (pcO.Ol) que celles des ratons pauvres. Bhide et Bedi ('84b)

n'ont pu confirmer ces données.

Nombre d'épines dendritiques. Sur des coupes histologiques colorées

avec la méthode de Golgi, les dendrites de plusieurs types de cellules,

pyramidales et étoilées, portent de petites excroissances cytoplasmiques

appelées épines dendritiques. Sur les cellules épineuses, la plupart des

contacts synaptiques se retrouvent sur les épines dendritiques. De plus, dans

la plupart des cas, il n'y a qu'un contact synaptique par épine (Beaulieu et

Colonnier '85; voir revue par Colonnier '81). Ainsi, la détermination du

nombre d'épines (qui peut être faite en microscopie optique) pourrait nous

donner une bonne approximation de la fréquence des contacts synaptiques

sur les neurones porteurs d'épines. La première étude de l'effet de l'élevage

d'animaux dans des milieux pauvres et enrichis sur le nombre d'épines

vient de l'équipe de Diamond (Globus et coll. '73). Quarante paires de rats ont

été élevés différentiellement à partir de l'âge de 25 jours jusqu'à l'âge de 55

jours. Le nombre d'épines par unité de longueur de dendrite a été calculé

dans les différentes portions de l'arbre dendritique de cellules pyramidales

des lames IV et V. Cette étude a démontré de façon significative que le

nombre d'épines par unité linéaire de dendrites basilaires est 10% plus élevé

44

chez l'animal enrichi. Le nombre d'épines des autres portions de l'arbre

dendritique est beaucoup moins influencé par l'élevage différentiel. Aucune

différence significative n'est démontrée dans le nombre d'épines par unité

linéaire du dendrite apical, sauf pour les branches dendritiques secondaires

qui naissent de ce dendrite apical et qui ont 3% (p<0.05) plus d'épines

dendritiques chez l'animal enrichi.

Plus récemment, Connor et collaborateurs ('80) ont évalué le nombre

d'épines par unité linéaire de dendrites basilaires de cellules pyramidales

chez des animaux âgés de 90, 444 et 630 jours, placés dans des milieux

différentiels pendant 30 jours. Ils ne trouvent aucune différence significative

dans le nombre d'épines pour chacun des 3 âges étudiés. Ces auteurs ont de

plus classifié les épines en deux types principaux: le type lollipop (épines

avec une tige et un renflement terminal) et le type nubbin (sans tige).

Aucune différence significative n'a pu être démontrée entre les 2 milieux

expérimentaux dans le nombre d'épines du type lollipop et du type nubbin

dans aucun des 3 âges analysés. Que la densité d'épines soit augmentée ou

demeure la même, puisque dans un milieu riche les dendrites sont plus

longues, on doit conclure que le nombre d'épines par neurone épineux a

aussi augmenté et que le nombre de sites synaptiques pour ces neurones est

également plus grand.

Nombre et longueur des contacts synaptiques. La littérature ancienne

nous propose plusieurs hypothèses sur les mécanismes qui pourraient être

responsables de l'effet de l'apprentissage sur le cortex cérébral. Citons

l'hypothèse énoncée par Tanzi (1893; citée dans Ramon y Cajal '09): " Un

courant nerveux qui passe plus fréquemment à travers une articulation de

45

neurones (i.e. synapse: terme introduit par Sherrington ('06)) provoquera

dans les voies articulées une nutrition plus active et, par suite, une

hypertrophie, tout comme dans les muscles bien exercés. Ici, l'hypertrophie

se traduira par un allongement des ramifications cellulaires, allongement

qui déterminera lui-même une diminution de la distance qui sépare les

surfaces articulaires. La conductibilité des voies nerveuses en sera donc

augmentée, puisque la résistance au courant est en raison directe de la

distance inter-articulaire. Par conséquent, l'exercice, par son essence tend à

diminuer les intervalles d'articulation, est capable d'accroître la puissance

fonctionnelle des neurones." Ramon y Cajal ('09) suggère que l'exercice en

augmentant le degré de ramification des cellules nerveuses a un effet sur

l'efficacité des articulations des neurones non pas en rapprochant les

éléments nerveux de la synapse mais plutôt en permettant "la création de

nouvelles voies de communication entre les centres". Il ajoute que l'exercice

peut aussi modifier les communications entre neurones par d'autres

mécanismes tels "les modifications dans la composition chimique des

cellules nerveuses (...) et bien d'autres détails de toute nature que nous ne

soupçonnons même pas."

Quelques décades plus tard, Hebb ('49) suggère plus clairement que

l'apprentissage se traduit par la formation de nouvelles synapses. Il propose

que les synapses peu utilisées s'atrophient tandis que celles qui servent le

plus deviennent beaucoup plus efficientes.

La première étude qui a quantifié le nombre de synapses dans le cortex

cérébral des animaux pauvres et enrichis est celle de l'équipe de Marian

Diamond (Mollgaard et coll. '71). Ces auteurs ont analysés le nombre et la

46

longueur des synapses axodendritiques asymétriques à vésicules sphéroïdes

chez 12 paires de rats élevés différentiellement pendant 30 jours. Un total de

2,211 synapses a été mesuré dans la lame III du cortex visuel du rat. D'après

ces auteurs, le Na des synapses de type asymétrique à vésicules rondes serait

en moyenne 35% plus petit et la zone de contact synaptique serait 52% plus

longue chez l'animal enrichi. Par la suite, Diamond et collaborateurs ('75)

ont encore une fois estimé que le Na des synapses est plus petit et les contacts

plus long dans la lame IV du cortex occipital du rat enrichi, mais cette fois le

nombre ne diminue que de 15% et les contacts synaptiques n'augmentent que

de 5 à 10% en longueur. Les résultats de l'équipe de Diamond semblent donc

être diamétralement opposés à l'hypothèse de la formation de nouvelles

synapses émise par Hebb. Leurs données ont toutefois été contestées par deux

groupes de chercheurs.

Bhide et Bedi 084c) ont élevé des rats dans des milieux pauvres et

enrichis de l'âge de 35 jours jusqu'à 115 jours. Ils ont mesuré le nombre de

tous les types de synapses par unité volumétrique (Nv) des lames II et III du

cortex occipital du rat. Dans cette étude, aucune différence significative entre

les 2 milieux n'a pu être démontrée dans le Nv des synapses. Cependant, le

nombre de synapses par neurone est 37% plus élevé chez l'animal enrichi et

cela est significatif avec un p<0.05, tel qu'estimé par une analyse de variance

à 2 voies. Dans cette étude, les contacts synaptiques sont 14% plus longs chez

l'animal enrichi. Dans un travail ultérieur, ces mêmes auteurs (Bhide et

Bedi '85) se sont demandé si les changements observés dans leur étude

surviennent au début ou à la fin de la période d'élevage différentiel qu'ils

avaient utilisée. Afin de déterminer cela, ils ont élevé leurs rats

47

différentiellement, soit de l'âge de 35 à 65 jours, soit de l'âge de 85 à 115 jours.

Aucune différence significative n'a pu être démontrée entre les 2 milieux

pour le Nv des synapses et le nombre de synapses par neurone. Cependant,

la longueur des contacts est 10% plus élevée chez l'animal qui a vécu 85 à 115

jours dans le milieu riche.

Turner et Greenough ('85) n'ont également pas trouvé de différences

significatives dans le Nv des synapses asymétriques à vésicules sphéroïdes

dans les lames I, II-III et IV chez 11 paires de rats élevés pendant 30 jours

dans des milieux pauvres et enrichis. Ils montrent cependant de façon

convainquante (p<0.02) que le nombre de synapses asymétriques à vésicules

rondes par neurone est 25% plus élevé chez l'animal enrichi. Ils confirment

aussi que ces synapses sont environ 10% plus longues chez l'animal enrichi

(Sirevaag et Greenough '85). Ces données semblent donner raison à

l'hypothèse de Hebb sur la formation de nouvelles synapses. En effet, pour

Hebb l'apprentissage amènerait la formation de nouvelles synapses (et non

pas de nouveaux neurones). Ce qui augmenterait dans un milieu riche c’est

donc le nombre de synapses par rapport au nombre de neurones, soit le

nombre de synapses par neurone. Cela peut s'opérer soit par une

augmentation du Nv des synapses, soit par une augmentation du volume

cortical due à des prolongements dendritiques accrus chez l'animal enrichi.

Si l'on accepte les données de Bhide et Bedi et de Turner et Greenough de

préférence à celles de Diamond et de ses collaborateurs, l'absence de

changement du Nv des synapses et la chute du Nv des neurones démontrent

que c'est le deuxième mécanisme qui se produit dans cette situation

expérimentale.

48

Il faut noter qu'il n'y a, jusqu'à présent, aucune étude dans la

littérature des milieux pauvres et enrichis dans laquelle on aurait calculé le

nombre de synapses symétriques à vésicules aplaties. Ce type de synapses

qui ne représente que 15% du total des contacts synaptiques, ne semble pas

avoir intéresser les chercheurs dans ce domaine.

Autres paramètres morphologiques des contacts synaptiques. Entre une

terminaison synaptique et une épine dendritique, on observe souvent 2 ou 3

zones d'épaississement membranaire. En coupes sériées, Peters et

Kaisermann-AbramofF ('68) ont constaté que ce groupe de contacts n'est en

fait qu'une seule et même synapse, mais que sa zone de contact est perforée.

Cela a été confirmé par Cohen et Siekevitz ('78) qui ont de plus démontré de

façon systématique que ces synapses perforées sont en général plus longues.

Greenough et collaborateurs ('78) ont calculé la fréquence des synapses qui

ont des perforations chez des animaux élevés différentiellement pendant 30

jours. Ils ont démontré de façon significative qu'il y a une plus grande

proportion de synapses perforées chez l'animal enrichi. A prime abord, cela

semble logique puisque, comme nous l'avons vu dans la section précédente,

les contacts synaptiques sont plus long chez l'animal enrichi.

Malheureusement, dans cette étude les auteurs n'ont pu confirmer une

différence dans la longueur des contacts synaptiques entre les deux milieux.

Un paramètre particulièrement intéressant a été analysé par Wesa et

collaborateurs ('82). Ces auteurs ont déterminé la forme et le degré de

courbure de l'élément présynaptique chez 11 paires d'animaux élevés

différentiellement pendant 30 jours. Ils analysent séparément la courbure

des synapses avec ou sans perforations. Chez l'animal enrichi, il y a une

49

tendance générale et significative pour les synapses non-perforées à être plus

concaves présynaptiquement quelle que soit la longueur du contact. La

signification exacte de la courbure des contacts synaptiques demeure

obscure. Du fait de leurs observations, Dyson et Jones (’80) suggèrent

cependant que la convexité présynaptique peut être associée à des synapses

qui ne fonctionnent pas ou qui ne fonctionnent pas normalement.

Le plus grand nombre de synapses par neurone chez l'animal enrichi

peut venir de la formation de nouvelles synapses ou encore de la stabilisation

sélective de synapses pré-existantes (Greenough et coll. '85). D'après Steward

('83), la localisation d'une structure dite "aggrégat polyribosomal (PRA)" est

un bon indicateur morphologique de synapses nouvellement formées puisque

lors de la synaptogénèse, les PRA se retrouvent plus fréquemment au niveau

de la tête et de la tige de l'épine dendritique. Ils ont donc élevé

différentiel!ement des rats pendant 30 jours et trouvent chez l'animal

enrichi, une plus grande proportion d'épines dendritiques qui présentent des

PRA à leurs têtes ou à leurs tiges. Si l'on accepte l'hypothèse originale, cela

suggère que le plus grand nombre de contacts synaptiques par neurone chez

l'animal enrichi pourrait venir de synapses néoformées.

Dans une étude très récente, Sirevaag et Greenough ('85) ont fait une

analyse morphométrique très systématique des synapses asymétriques à

vésicules sphéroïdes sur épines dans la lame IV du cortex cérébral

d'animaux enrichis et appauvris. Ces auteurs mesurent la longueur de la

zone d'apposition, de la zone de contact synaptique, de l'épaississement

membranaire et du périmètre. Ils calculent de plus l'aire des profils pré et

postsynaptiques, la largeur de la fente synaptique, le diamètre et la hauteur

50

de la tête et de la tige de l'épine dendritique. Dans cette étude, il apparaît

qu'en plus de la longueur du contact synaptique, l'aire des profils

présynaptiques est plus grande chez l'animal enrichi.

2.3- Résumé et conclusion

L'ensemble de la littérature démontre donc clairement que l'anatomie

du cerveau est modifiée par l'élevage différentiel. Ainsi, le poids de

l'encéphale, la longueur des hémisphères cérébraux et l'épaisseur du cortex

sont plus grands chez l'animal qui a vécu dans un milieu riche que chez

celui qui a vécu dans un milieu pauvre. Il apparaît aussi que le nombre de

neurones par unité de volume est plus petit chez l'animal enrichi. Cela

signifie que les corps cellulaires sont plus séparés les uns des autres et qu'il

y a plus de neuropil dans le cortex de l'animal enrichi. Cette augmentation

du neuropil vient du moins en partie du fait que les corps cellulaires et les

noyaux des neurones sont plus gros et que leurs arbres dendritiques sont

plus ramifiés chez l'animal enrichi. De plus, les neurones à dendrites

épineuses de l'animal enrichi ont un plus grand nombre d'épines

dendritiques. Ces différences expliquent en partie l'accroissement du poids

de l'encéphale et du volume du cortex cérébral de l'animal enrichi. Au

niveau ultrastructural, la densité numérique des synapses asymétriques à

vésicules arrondies n'est pas significativement différente entre les deux

milieux. Cependant, le nombre de ce type de contacts synaptiques par

neurone est environ 25% plus élevé dans le cortex de l’animal enrichi. Ce

type de contact est plus long, est plus concave pré-synaptiquement et a plus

de perforations chez le rat enrichi.

51

FORMULATION DU PROBLEME ET RESULTATS ESCOMPTES

Comme on l'a vu dans l'introduction, deux études récentes des aires

visuelles du cortex cérébral du chat (Beaulieu et Colonnier '85a; '85c), nous

ont permis de démontrer qu'il y a des différences significatives du Nv des

synapses symétriques à vésicules aplaties et de celui des neurones, entre les

animaux qui faisaient partie de l'échantillonnage. Nous avons proposé que

des facteurs de l'environnement peuvent expliquer ces différences

interindividuelles. L'hypothèse de l'effet de l'environnement sur le Nv des

synapses symétriques à vésicules aplaties est basée sur les raisons

suivantes. Comme nous l'avons vu à la section 1, la binoculari té et la

sélectivité d'orientation et de direction sont des propriétés qui caractérisent

les champs récepteurs de la plupart des neurones du cortex visuel du chat

adulte normal. Chez le jeune chaton, seulement 25% des neurones sont

sélectifs à l'orientation et à la direction. De plus, lorsqu'elle est présente, la

sélectivité pour l'orientation manque de précision. Nous avons aussi vu que

la binocularité et que la sélectivité sont plastiques, c'est à dire qu'elles

peuvent être modifiées par une expérience visuelle anormale. Cette

expérience peut être une privation visuelle due soit à l'élevage dans le noir

soit à une suture d'une ou des deux paupières soit à un strabisme

chirurgical ou bien à un élevage dans un monde visuel dont les stimuli sont

orientés dans un seul sens ou déplacés dans une seule direction. Puisque la

binocularité et la sélectivité des neurones visuels sont spécifiées, du moins en

grande partie, par les circuits intracorticaux inhibiteurs utilisant du GABA,

52

il est logique de penser que les changements de ces propriétés, qui sont dûs à

une expérience visuelle anormale, proviennent principalement d'une

altération des connexions inhibitrices GABAergiques. Comme les synapses

qui contiennent du GABA sont du type symétrique à vésicules aplaties, on

peut penser que ce type de contacts synaptiques est particulièrement

dépendant de l'environnement. Il faut admettre cependant, que les

conditions expérimentales utilisées dans les études décrites à la section 1.3

sont différentes de celles qu'auraient pu subir les animaux où nous avons

trouvé des différences interindividuelles dans le nombre de synapses

symétriques à vésicules aplaties. Même si nous ne connaissons pas

exactement les conditions d'élevage de ces animaux, il est quasi certain

qu'ils n'ont pas eu de privation visuelle du genre de celles utilisées dans les

études de la section 1.3. Est-ce que des changements plus subtils de

l'environnement peuvent affecter la densité numérique des synapses

symétriques à vésicules aplaties?

Nous avons vu à la section 2 que des différences dans la richesse de

l'environnement peuvent certainement amener des changements dans

l'anatomie du cerveau du rat. Ainsi, il y a des différences dans le poids de

l'encéphale, dans la longueur du cortex cérébral, dans l'épaisseur du cortex

visuel, dans la grosseur de l'arbre dendritique, dans le Nv des neurones,

dans la longueur et la courbure de la différenciation membranaire des

synapses et dans la fréquence des perforations synaptiques. Le Nv des

synapses asymétriques à vésicules rondes ne semble pas affecté mais il y a

des différences dans leur nombre par neurone. Sur la base de ces études,

nous pouvons donc suggérer que le milieu peut amener des différences

53

interindividuelles du Nv des neurones mais pas du Nv des synapses à

vésicules rondes. Cependant aucune des études précédentes n’a été faite chez

le chat et de plus, il n'y a aucune information disponible sur les effets de la

richesse de l'environnement sur le nombre de synapses symétriques à

vésicules aplaties dans aucune espèce.

Dans la présente étude, je veux déterminer si la richesse de

l'environnement peut avoir un effet différentiel sur la densité numérique des

synapses qui ont une différenciation symétrique des membranes pré et

postsynaptiques et dont le bouton axonal contient des vésicules aplaties et

ainsi expliquer les différences interindividuelles qui ont été démontrées

précédemment pour ce type de synapses. De plus, je veux savoir si la

richesse de l'environnement a un effet sur le nombre de neurones par mm3

de tissu sans affecter la densité numérique des synapses asymétriques à

vésicules rondes comme cela a été observé chez le rat.

54

MATERIELS ET METHODES

Sauf pour le modèle expérimental, les procédures expérimentales

décrites dans ce chapitre sont les mêmes que celles utilisées dans des études

précédentes sur le nombre de neurones (Beaulieu '83; Beaulieu et Colonnier

'83) et de synapses (Beaulieu et Colonnier '85a; Colonnier et Beaulieu '85;

Annexe 1 et 2) dans le cortex visuel du chat.

1- MODELE EXPERIMENTAL

Douze chats domestiques (Felis domesticus) ont été utilisés dans cette

étude. Les animaux provenaient de six portées différentes. Ils sont tous nés

dans notre laboratoire. Les chatons ont vécu avec leur mère dans une cage de

75x75 cm jusqu'au moment de leur sevrage à l'âge de 6 semaines. Durant

cette période, la portée a été dérangée le moins souvent possible, les seules

manipulations permises étant celles requises pour l'entretien de la propreté

de la cage, la nutrition de la mère et un programme de vaccination. Les

chatons ont été immunisés avec un vaccin triple de marque de commerce

Felocell CVR contre la rhinotrachéite, la panleucopénie et les infections des

chats dues aux calici virus. Ce vaccin a été administré à raison de la

demi-dose (0.5 ml) à l'âge de 4 semaines, ensuite avec une dose complète à 6,

10 et 14 semaines.

A leur sevrage, c'est à dire à l'âge de 6 semaines, les chatons ont été

appariés suivant leur sexe et un de chaque paire a été placé au hasard, soit

dans un milieu pauvre, soit dans un milieu riche. Les chatons ont vécu dans

leurs environnements respectifs jusqu'à l'âge de 8 mois (ou plus

55

précisément, 250 jours). Les animaux de la même portée ont été sacrifiés

dans la même journée. A cet âge, on considère que le chat domestique est

adulte parce que sa dentition est complète (Berman '74) et il a atteint 95% de

son poids corporel.

Nous avons logé les animaux des deux milieux dans deux salles

séparées. Pour réduire les stimulations sensori-motrices des animaux en

milieu pauvre, nous les avons placés seuls, à leur sevrage, dans une cage de

grandeur moyenne (45x60 cm) dont la porte a été orientée vers le mur. Tous

les autres côtés de la cage étaient fermés de façon à ce que les animaux ne

puissent pas se voir entre eux. Le préposé à l'entretien était le seul contact

quotidien de l'animal. En fait, l'entretien de l'animal ne prenait au

maximum qu'une dizaine de minutes par jour pour chaque cage. Durant les

8 mois en cage, les chats pauvres n'ont pas été touchés sauf pour des raisons

d'immunisation ou d'hygiène.

Les animaux dans le milieu riche en stimulations sensori-motrices ont

été pour leur part logés dans une grande salle éclairée et spécialement

aménagée pour eux (dimension 10x10 mètres). De 8 à 24 chats y évoluaient

librement. Sept femelles adultes et un mâle formaient le milieu animal

adulte. Les chattes gestantes ont été placées environ une semaine avant

l'accouchement dans des cages situées dans le milieu riche. Le nombre de

chatons dans le milieu a varié durant l'expérience d'un minimum de 3 (1ère

portée) à un maximum de 16. Dans le milieu enrichi, des jouets et des objets

variés (montage de morceaux de bois, boîtes de carton, ficelles, papier, etc...)

étaient réparties dans la salle. La plupart des objets ont été changés ou

disposés différemment au moins deux fois par semaine. De plus, ces chatons

56

ont eu la visite régulière d'humains qui jouaient souvent avec eux. Durant

leur croissance tous les chatons (en milieux pauvre et riche) ont reçu le

même type de nourriture deux fois par jour et de l'eau à volonté.

2- PRELEVEMENT DES ECHANTILLONS

Les animaux étudiés pesaient de 2.1 à 3.7 Kg. Ils ont été anesthésiés

avec une dose de 40 mg/kg de pentobarbital sodique (Nembutal), administrée

par injection intrapéritoniale. Nous avons pratiqué une trachéotomie pour

maintenir artificiellement la respiration pendant la perfusion. Après avoir

ouvert la cage thoracique, nous avons injecté 0.4 cc d'héparine et 0.8 cc de

nitrite de sodium dans le ventricule gauche. Par la suite, une solution

contenant 4% de formaldéhyde, 0.1% de glutaraldéhyde et 0.03M de chlorure

de calcium dans un tampon cacodylate à 0.1M (pH 7.3-7.4; voir Appendice 1)

a été injectée dans le système cardiovasculaire par l'aorte ascendante.

Durant le premier cinq minutes de la perfusion, le débit a été fait à une

vitesse de 200 cc/min et subséquemment pendant une heure à 50 cc/min.

Après avoir retiré l'encéphale de la cavité crânienne, nous l'avons pesé,

mesuré et photographié. Nous avons ensuite prélevé une tranche de tissu

perpendiculaire au sillon interhémisphérique entre les plans frontaux Fl et

F3 selon l'atlas de Jasper et Ajmone-Marsan ('54). Ces plans passent à

travers le gyrus ectosylvien postérieur et la tranche de tissu incluent

l'extrémité postérieure du corps calleux (voir figure 1). Les deux côtés de

cette tranche ont été photographiés immédiatement après le prélèvement

(figure 2). La tranche a subséquemment été immergée durant une nuit dans

la solution de formaldéhyde mais sans glutaraldéhyde (Appendice 1). Le

57

lendemain, environ dix blocs de tissu ont été prélevés dans la région

binoculaire de l'aire visuelle primaire (aire 17). Le choix de l'endroit exact de

l'échantillonnage est critique pour l'étude de la région binoculaire de l'aire

17 du chat puisque celle-ci a des gyrus et des sillons. Les cellules des régions

corticales sont organisées en rangées verticales ou "colonnes" s'étendant de

la pie-mère à la matière blanche. Au sommet d'un gyrus, les colonnes

divergent de la pie-mère à la matière blanche. De plus, les lames corticales

supérieures y sont très épaisses tandis que les lames inférieures sont

minces. Dans le fond d'un sillon, on observe le phénomène inverse: les

colonnes convergent de la pie-mère à la matière blanche et les lames

supérieures deviennent minces et les inférieures, épaisses (Bok '59; voir

aussi la figure 3). Nous avons choisi d'échantillonner entre le sillon

suprasplénial et l'apex du gyrus latéral (figure 3) puisque c’est cette portion

de la région binoculaire qui est le moins influencée par la distorsion gyrale: à

cet endroit, la surface corticale de l'aire 17 est relativement droite et quoique

les colonnes de cellules sont légèrement courbes, elles demeurent cependant

toujours parallèles entre elles.

Les blocs de tissu ont été rapidement lavés dans un tampon cacodylate à

0.1M (pH 7.3-7.4), placés dans une solution de 2% de tétroxyde d'osmium

(0s04) dans le même tampon pendant une heure et finalement dans une

autre solution de 2% d'0s04 avec 3% de ferrocyanure de potassium pendant

une autre heure (Appendice 2). Ils ont ensuite été enrobés dans l'Epon selon

la méthode de Luft ('61). Après un lavage de 5 minutes dans la solution

tampon, les blocs ont été déshydratés dans des concentrations ascendantes

d'éthanol, plongés dans de l'oxyde de propylène pour 30 minutes, transférés

58

FIGURE 1

Schéma illustrant la configuration des gyri et des sulci du cerveau du

chat. Les astérisques déterminent les limites de l'aire 17 et la partie

hachurée correspond à l'endroit où la tranche de tissu était prélevée.

A. Face externe du cerveau gL: gyrus latéral; gLP: gyrus latéral

postérieur; gSM: gyrus suprasylvien médian; gSP: gyrus suprasylvien

postérieur; sL: sulcus latéral; sLP: sulcus latéral postérieur; sSM: sulcus

supasylvien postérieur; si: sillon interhémisphérique; gEP: gyrus

ectosylvien postérieur.

B. Face médiane du cerveau gS: gyrus splénial; gSS: gyrus

supraspénial; sS: sulcus splénial; sSS: sulcus suprasplénial; cc: corps

calleux.

A1

A.

9 L Si

s L 9 L1 •

#

9SM

SSI1 ?sV

) L[a

^9EP

1 cm

B.

60

FIGURE 2

Microphotographie d'une coupe frontale de cerveau de chat faite au

niveau du gyrus ectosylvien postérieur. Les têtes de flèches représentent les

limites des régions monoculaires et binoculaires de l'aire 17. Le micromètre

est gradué en mm et sous-gradué en 0.1mm.

FIGURE 3

Microphotographie illustrant les variations dans l'orientation des

colonnes de cellules au niveau du gyrus latéral (GL), du sulcus

suprasplénial (SS) et de la portion intermédiaire. Remarquez que dans cette

portion intermédiaire, les colonnes de cellules sont parallèles entre elles

même si elles ne demeurent pas exactement perpendiculaires à la pie-mère.

iâÊÊÊt SS

/ 'jt J-1* *. J

64

pour une heure dans une solution contenant des proportions égales d'oxyde

de propylene et d'Epon et finalement placés dans de l'Epon pur. Les

échantillons ont été ensuite déposés dans une étuve à 45°C pour 12 heures et

dans une autre étuve à 60°C pour 12 autres heures. Après ce traitement, les

blocs étaient prêts à être coupés.

3- DETERMINATION DU NOMBRE DE NEURONES

Dans la littérature, deux méthodes principales ont été utilisées pour

déterminer le nombre de neurones dans le cortex cérébral. La première

méthode consiste simplement à compter le nombre de nucléoles sur des

sections épaisses de tissu cérébral. C’est la méthode des nucléoles. La

deuxième méthode est une méthode dite stéréologique (voir revue par Weibel

'79) qui consiste à calculer le nombre de noyaux à partir de sections dont

l'épaisseur est négligeable par rapport à la grosseur des noyaux. Cette

méthode est basée sur le principe de Delesse qui dit que si une section

strictement bi-dimensionnelle est faite à travers un volume de tissu

contenant un groupe d'objet, la fraction de l'aire des profils des objets est

égale à la fraction du volume occupé par l'objet dans la structure. Les deux

méthodes donnent sensiblement les mêmes résultats (Beaulieu et Colonnier

'83). Nous avons toutefois employé la méthode stéréologique plutôt que le

compte de nucléoles pour la raison suivante. La deuxième partie de notre

étude comporte des comptes de synapses et comme nous le verrons il était

important d'obtenir des rapports synapses/ neurone exacts. Un facteur qui

influence beaucoup les comptes obtenus est celui du rétrécissement. Il était

donc important de faire les comptes de neurones sur les mêmes blocs de

65

tissu que le compte de synapses car même s'il y a une erreur dans

l'estimation du rétrécissement du tissu, cela n'affecte pas le rapport qui

nous intéresse.

Nous avons fait le compte des noyaux des neurones sur des sections

semi-fines (0.5 à 1.0 |im) colorées à l'Azur-bleu de méthylène selon le

protocole de Richardson et coll. ('60). J'ai déjà présenté les critères

d'identification des cellules du cortex visuel du chat dans le cadre de ma

thèse de maîtrise (Beaulieu '83; voir aussi Beaulieu et Colonnier '83).

Brièvement, les neurones présentent un noyau pâle contenant quelques

grains de chromatine et leur cytoplasme est reconnaisable par ses petits

amas de substance Nissl foncés. De plus, la membrane nucléaire présente

souvent des invaginations profondes. Les oligodendrocytes, microglies et

péricytes se distinguent facilement des neurones par leurs noyaux vivement

colorés qui sont plus petits que ceux de la grande majorité des neurones. De

plus, le cytoplasme qui entoure le noyau est très étroit en comparaison de

celui du neurone. L'astrocyte ressemble davantage au neurone mais s’en

distingue par son peu de cytoplasme: la surface de celui-ci vue sur une coupe

semi-fine est habituellement moins importante que celle du neurone. De

plus, le nucléoplasme a une apparence perlée, homogène et moins

granuleuse que celui du neurone.

Trois sections ont été obtenues pour chaque animal. Nous les avons

photographiées avec un objectif 63X sur film Polaroid type 665 et imprimées

en positif à un grossissement final de 1200X. Pour chaque section

photographiée, nous avons fait un montage photographique final d'environ 2

mètres de haut et de 0.5 mètre de large. Sur ce montage, deux lignes

66

verticales parallèles aux colonnes de cellules ont été tirées à 400 mm l'une de

l'autre (correspondant à environ 330 pm de tissu). Seuls les profils

nucléaires touchant à la ligne du côté droit ont été inclus dans le compte. Des

lignes horizontales ont été tirées sur chaque montage à la limite des

différentes lames corticales. Si un profil nucléaire touchait à la ligne de

démarcation, il était inclus dans la lame corticale qui contenait la plus

grande partie de sa surface. Nous avons mesuré la surface et le diamètre le

plus long des profils des noyaux neuronaux. L'ensemble des trois montages

forme l'échantillon d'un animal.

De la mesure de la surface et du diamètre de chaque profil nucléaire,

on peut calculer le nombre de neurones par mm3 de tissu (Nv) à partir d'une

formule développée par Weibel et Gomez ('62) et Knight et coll. ('63) pour des

objets ayant une forme ellipsoïde régulière.

Nv

Kx(Na)1'5

J3 x (Vv)0'5

Na est le nombre de profils nucléaires par unité de surface et Vv est la

densité volumétrique des noyaux (volume relatif des noyaux par rapport à un

volume de tissu donné). Selon le principe de Delesse (voir Weibel et Bolender

'73):

Vv = Aa

où Aa est la surface totale des profils nucléaires par rapport à l'aire étudiée.

67

Nous avons donc obtenu le rapport Vv en mesurant l'aire des noyaux sur

une aire connu de tissu. K est une constante qui dépend de la distribution

relative des diamètres des noyaux (Weibel '79; Weibel et Bol end er '73). Cette

valeur est égale à 1 si tous les profils étudiés ont la même grosseur et elle est

plus grande que 1 si la grosseur varie. Il s'agit ici de la grosseur des objets

eux-mêmes et non de la grosseur de leurs profils sur une coupe fine. D'après

Weibel ('79), pour du matériel biologique la valeur de K se situe entre 1.01 et

1.1. Cependant, Weibel nous dit que la valeur de K peut être fixée à 1 et que

cela donne une erreur négligeable. J'ai assumé dans ma thèse de maîtrise

(Beaulieu '83) et dans une publication ultérieure (Beaulieu et Colonnier '83)

que, dans l'aire 17, K se situe à mi-chemin entre 1.01 et 1.1, soit 1.05. Pour

s'assurer de la précision de cette valeur, nous avons mesuré le grand (a) et le

petit (b) diamètre de noyaux complètement inclus à l'intérieur de coupes

épaisses de cortex visuel. Nous avons analysé environ 100 noyaux dans un

chat pauvre et 100 autres dans un chat enrichi. Nous avons ensuite calculé le

diamètre moyen (D) de chaque neurone à l'aide de la formule:

D = Tab

où a et b sont le long et le petit diamètre respectivement. Sur le total des

noyaux étudiés, l'écart-type a été estimée à 14-16% de la moyenne dans les 2

animaux. A partir du graphique de Weibel (79), on peut estimer de façon

approximative que le K se situerait entre 1.04 et 1.05. Nous maintenons donc

la valeur de 1.05 utilisée dans nos travaux antérieurs, confiants quelle est

une bonne approximation et que toute erreur quelle pourrait introduire

68

serait vraiment négligeable.

Le facteur B dépend de l'allongement du profil ellipsoïde étudié sur les

sections minces. Il est obtenu à partir d'un graphique donnant les valeurs de

B en fonction du rapport long axe/petit axe pour les formes ellipsoïdes (Weibel

et Gomez '62). Dans notre étude, l'aire des noyaux et leur long axe a été

mesuré directement, et le petit axe a été calculé selon la formule:

A = 7i ab

où A est l'aire du profil ellipsoïde et a et b sont le long et le petit semiaxe

respectivement.

La densité numérique des neurones a été calculée séparément dans

chaque lame corticale et est exprimée comme le nombre de neurones par

mm3 de tissu. En mesurant l'épaisseur de chaque lame, on a pu également

calculer le nombre de neurones sous 1 mm2 de surface corticale dans chaque

lame et pour l’ensemble de l'épaisseur du cortex.

4- CRITERES D'IDENTIFICATION DES LAMES DU CORTEX VISUEL DU

CHAT

La nomenclature des lames corticales et les différents critères

permettant de les identifier sur des sections semi-fines ont été présentés en

détail précédemment dans ma thèse de maîtrise (Beaulieu '83; voir aussi

Beaulieu et Colonnier ’83). Je me contenterai ici d'un bref rappel. Le cortex

visuel du chat est divisé en six lames principales de la pie-mère à la matière

blanche. La lame I est étroite et contient peu de neurones. La lame II se

69

caractérise par une augmentation de la densité neuronale. Les cellules ont

une forme ovoïde ou polyhédrique. On peut de plus observer des neurones de

forme triangulaire. La lame III présente une diminution de la densité

cellulaire et une augmentation du nombre de cellules de forme

triangulaires. Ces cellules ont un cytoplasme pâle dont la grosseur

augmente du haut vers le bas de la lame. Les grandes cellules disparaissent

abruptement à la limite III-IV. Nous avons divisé la lame III en 2 parties

puisque dans la partie inférieure de cette lame (MB) les neurones nous

semblaient plus gros et plus nombreux que dans la partie supérieure (lame

IIIA). La lame IV se divise en deux parties bien distinctes. La partie

supérieure (lame IVA) est formée de petits, de moyens et de gros neurones

de forme ovoïde au cytoplasme foncée. La partie inférieure (lame IVB)

contient de nombreuses petites cellules du même genre mais les grosses

cellules en sont absentes. La lame V est étroite et se caractérise par une

diminution du nombre de cellules et par la présence de gros corps cellulaires

de forme triangulaire (pyramidales). La lame VIA se caractérise par la

présence de colonnes de cellules qui se terminent abruptement, pour être

remplacées par des neurones plus épars dans la lame VIB. Plus bas, le

neuropil diminue considérablement en importance et la myéline devient

beaucoup plus compacte: c'est le début de la matière blanche. D'une façon

surprenante, l'endroit exact où se fait la transition de la lame VIB et de la

matière blanche est souvent difficile à déterminer. C’est pour cela que dans

la section résultats, les variations dans les différentes mesures faites dans la

lame VIB sont relativement grandes.

70

5- CALCUL DU NOMBRE DE SYNAPSES

5.1- Echantillonnage

Pour déterminer la densité numérique des synapses dans le cortex

visuel des chats pauvres et enrichis, des sections ultrafines de couleur

argentée ont été coupées perpendiculairement à la pie-mère et teintes avec de

l'acétate d'uranyle et du citrate de plomb (Appendice 3). Ces sections

provenaient des mêmes blocs que ceux utilisés dans la détermination du

nombre de neurones. Elles ont été montées sur des grilles à barres parallèles

et orientées de telle façon que les colonnes de cellules qui s'étendent de la

pie-mère à la matière blanche soient parallèles aux barres. Lorsqu'une zone

de tissu pouvait être vue ininterrompue, sans perforation ou pli important,

entre deux barres de la grille, nous l'avons photographiée (280X) sur un film

Kodak 35 mm type 5302, avec un microscope électronique. Subséquemment,

nous avons préparé un montage complet de la zone à un grossissement final

d'environ 2,100X. Nous avons placé la limite des lames corticales

directement sur ce montage, en s'aidant des épaisseurs laminaires obtenues

sur la section teinte à l'Azur-bleu de méthylène et qui provenait du même

bloc de tissu. Pour s'assurer que les synapses provenaient exactement de la

lame étudiée, nous n'avons échantillonné que sa portion centrale, évitant les

régions les plus près des limites laminaires. Nous avons fait cela en

appliquant le procédé d'échantillonnage suivant. A l'intérieur de chaque

lame corticale, trois lignes horizontales ont été tirées à 1/3,1/2 et 2/3 de la

distance entre les limites supérieures et inférieures de la lame. Nous avons

traçé de plus, deux lignes verticales sur le montage, 2 centimètres

(correspondant à environ 10 |im sur le tissu) à l'intérieur des barres

71

parallèles de la grille. Centré sur le point d'intersection formé par les trois

lignes horizontales et les deux verticales, six photographies ont été prises sur

film Kodak 35 mm type 5302, à un grossissement de 7,260X. A partir de

chaque montage, nous avons donc pris 6 photos dans 9 lames corticales.

Nous avons imprimé ces négatifs à un grossissement final d'environ

20,000X. Pour déterminer précisément le grossissement, une grille de lignes

croisées à dimensions connues a été photographiée à la fin de chaque série

de photos. Dans chaque animal, nous avons analysé trois montages pour un

total de 162 photographies. Nous avons considéré cela comme étant

l'échantillon de cet animal.

5.2- Critères d'identification des catégories de synapses étudiées

D'après l'élément présynaptique, il y a deux types principaux de

synapses dans le cortex cérébral (voir introduction). Le premier type a un

bouton terminal qui contient des vésicules synaptiques de forme ronde

(figure 4, r) tandis que l'autre présente des vésicules de type aplaties (figure

4, a). La membrane différenciée postsynaptique du premier type est

ordinairement bordée d'une opacité cytoplasmique tandis que celle du

deuxième type n'en présente pas (Colonnier '68). Cette différence ne peut

cependant être observée que si la synapse est sectionnée dans le plan

perpendiculaire au sens de l'allongement du contact, plan qui permet de voir

l'espace entre les membranes pré et postsynaptiques (figure 4A; 4C; 4E; 4F;

têtes de flèches). Dans ce plan de coupe, l'opacité postsynaptique se distingue

très bien de l'épaisissement membranaire. Lorsque le contact d'une synapse

à vésicules aplaties est coupée dans un plan oblique et que l'on ne peut voir

72

l'espace entre les membranes, la zone de contact est vue comme une opacité

accrue (figure 4B,a; 4D,a) mais celle-ci n'est pas due à l'opacité

postsynaptique comme telle, mais aux membranes différenciées. Remarquez

à la figure 4D comment le contact synaptique du bouton qui contient des

vésicules aplaties (a) est très semblable à celui du bouton qui contient des

vésicules rondes (r). Lorsque les membrane synaptiques sont sectionnées en

oblique, seule la forme des vésicules permet de distinguer le type de synapse.

Pour respecter les formules stéréologiques, il fallait dans cette étude

mesurer les sites de contacts même lorsqu'ils étaient coupés obliquement.

Dans ce cas, nous ne pouvions déterminer si la différenciation membranaire

était symétrique ou asymétrique. Nous nous sommes donc servis

principalement de la forme des vésicules pour classer les synapses. C'est

pourquoi dans cette étude, les synapses sont appelées "à vésicules rondes" ou

"à vésicules aplaties". Il y a cependant une très haute corrélation entre la

forme des vésicules et la présence ou l'absence de l'opacité postsynaptique

(Colonnier '68; '81). Ainsi, les synapses à vésicules rondes correspondent

dans la presque totalité des cas aux synapses asymétriques et les synapses à

vésicules aplaties correspondent aux synapses symétriques.

On a de plus subdivisé ces deux groupes de synapses selon la nature de

l'élément postsynaptique où ils s'articulent, c'est à dire, sur les corps

cellulaires, les épines dendritiques et les troncs dendritiques. Le profil du

corps cellulaire est facilement reconnaissable par sa grosseur, la présence

de ribosomes et sa forme caractéristique (figure 4F; So). Petite, de forme

ronde, conique ou ovale, l'épine dendritique se distingue principalement par

son absence de tubules (figure 4A, 4B, 4C; ep) et souvent par une structure

73

formée de 2 ou plusieurs saccules séparées par des barres de matériel

opaques et que Gray ('59) a appelé l'appareil de l'épine (voir figure 4B; tête de

flèche). En coupe longitudinale, le tronc dendritique présente une série de

longues microtubules longitudinales (figure 4D, dend 1; 4E, dend; voir aussi

Palay '56 et Gray '59). Si l'on coupe transversalement une dendrite, ces

structures tubulaires apparaissent comme des petits cercles (figure 4D;

dendr 2, têtes de flèches). Une dernière catégorie d'élément postsynaptique

est rencontrée dans le cortex: le segment initial de l'axone (voir Peters et coll.

'68). H se distingue de la dendrite par la présence de faisceaux de

microtubules réunis entre eux par de petits ponts filamenteux et par une fine

granulation qui entoure la membrane plasmique (Peters et coll. '68). Comme

nous n'avons trouvé que trois profils de contacts synaptiques sur des

segments initiaux d'axones et que dans une étude précédente (Beaulieu et

Colonnier '85a; Annexe 1) nous n'en n'avions trouvé aucun, nous ne

pouvons en calculer le Nv de façon significative. Notre étude se limitera donc

à présenter les synapses à vésicules rondes ou à vésicules aplaties sur épines

dendritiques, troncs dendritiques et sur corps cellulaires. Les synapses à

vésicules rondes ou aplaties ont été placées dans une autre catégorie lorsque

nous ne pouvions pas déterminer précisément la nature de l'élément

postsynaptique. Cela nous donne 8 catégories de synapses. Lorsque ni la

forme des vésicules ni l'apparence de la différenciation membranaire ne

permettait de classifier clairement le contact dans la catégorie des types à

vésicules rondes ou aplaties, la synapse a été placée dans une 9ème catégorie

nommée "inconnue" (quelle que soit la nature de l'élément postsynaptique).

Cette dernière catégorie ne représente en fait que 1 à 2% de toutes les

74

FIGURE 4

Montage de photographies prises en microscopie électronique illustrant les synapses à vésicules rondes (r) et celles à vésicules aplaties (a) sur les épines (ep), dendrites (Dend) et somas (So).

A. Synapses à vésicules rondes (r) sur épines (ep). Notez que le contact synaptique au centre de la photo (marqué d'une tête de flèche) montrent l'espace entre les membranes pré et postsynaptiques et que la membrane postsynaptique est bordée d'une opacité postsynaptique. L'espace entre les membranes pré et postsynaptique du contact situé plus haut dans la photo n'est pas bien marqué. Dans ce dernier cas, le contact synaptique n'est pas sectionné parfaitement orthogonal aux membranes différenciées.

B. Synapses à vésicules rondes (r) et synapses à vésicules aplaties (a) sur épines; la tête de flèche indique l'appareil de l'épine. Notez que les contacts synaptiques ne sont pas sectionnés orthogonalement aux membranes pré et postsynaptique. Dans ce cas, on ne peut classifier les synapses en type symétrique ou en type asymétrique.

C. Synapses à vésicules rondes sur épines dont le contact montrent des discontinuités. Notez que l'on peut distinguer les membranes pré et postsynaptiques de la synapse indiquée par la tête de flèche

D. Contacts de synapses à vésicules rondes et à vésicules aplaties dont les membranes différenciées sont sectionnées obliquement. Remarquez que l'apparence du contact lui-même est très semblable entre ces deux synapses. Les têtes de flèches indiquent les microtubules d'une dendrite sectionnée transversalement.

E. Synapses à vésicules aplaties sur dendrites. Même si du matériel gris floconneux est accolé à la membrane postsynaptique de ce synapse, son apparence et sa coloration est très différente de l'opacité postsynaptique typique de l'autre type de synapse. Ce synapse est donc du type symétrique.

F. Synapses à vésicules aplaties sur soma. Notez aussi l'absence de l'opacité postsynaptique.

76

synapses. Nous n'avons pas tenu compte de cette catégorie dans nos

résultats sauf dans le cas où nous donnons le nombre total des synapses qui

est en fait la somme des synapses à vésicules rondes, des synapses à

vésicules aplaties et des inconnues. Cette estimation n'apparaît que dans la

section discussion pour comparer ce chiffre avec celui qui est donné par

d'autres auteurs.

5.3- Détermination du Nv

Le nombre et la longeur des contacts synaptiques vus sur les photos à

fort grossissement ont été mesurés séparément dans toutes les lames

corticales. La longeur de la différenciation membranaire pré et

postsynaptique a été mesuré avec l'aide d'une tablette électromagnétique

reliée à un ordinateur. Deux ou trois petites zones de la différenciation

membranaire peuvent être quelquefois vues entre un profil présynaptique et

une épine dendritique (figure 4C). Des reconstructions de tels profils en des

coupes sériées (Peters et Kaisermann-Abramoff '69; Cohen et Siekevitz '78)

ont démontré qu'il s'agissait d'une seule et même synapse perforée. Nous

avons considéré de tels contacts comme n'appartenant qu'à une seule

synapse. Nous avons mesuré environ 2,000 synapses par animal pour un

total d'environ 24,000 contacts.

Le nombre de synapses par unité de volume (Nv) a été calculé pour

chaque catégorie de contacts synaptiques en utilisant deux formules soit:

77

où Na est le nombre de contacts synaptiques par unité de surface et d la

longueur moyenne de la différenciation synaptique déterminée directement

sur les microphotographies, soit:

Nv = —2 x NAZ%

où Z est la moyenne des réciproques des longeurs des contacts synaptiques

(DeHoff'68). Pour l'ensemble des synapses les deux formules ont donné des

résultats qui diffèrent d'à peine 4%. Cependant, nous avons préféré la

formule Na /d puisqu'une vérification empirique a suggéré qu'elle est moins

affectée par la forme exacte de la synapse et par la grosseur de l'échantillon

(Colonnier et Beaulieu '85; annexe 2). Pour plus de détails concernant ces

formules voir l'annexe 2. Dans le présent travail, tous les chiffres présentés

proviennent de la formule Na /d.

La densité numérique des synapses est exprimée en nombre de

synapses par mm3 de tissu pour chacun des 2 types de contacts synaptiques

étudiés. En divisant la densité numérique des synapses par la densité

neuronale, on obtient le nombre de synapses par neurone.

6- MESURE DU RETRECISSEMENT

Durant les étapes de l'enrobement du tissu dans l'Epon, le matériel

rétrécit. Pour en estimer le degré dans chaque animal, nous avons prélevé

un bloc de tissu spécialement sélectionné dans la région monoculaire de

78

l'aire 17. Nous avons choisi un bloc de la région monoculaire puisque sa

surface est plus droite et que la transition de la matière grise à la matière

blanche tend à être mieux définie que dans la partie de la région binoculaire

étudiée où la surface est légèrement courbe et la transition est plus graduelle

(voir thèse de maîtrise). Le bloc de tissu de la région monoculaire est traité de

la même façon que les blocs de la région binoculaire. Une section semi-fine

est coupée et colorée à l'Azur-bleu de méthylène. L’épaisseur du cortex

cérébral mesurée sur cette section est comparée à celle de la matière grise

mesurée directement sur la photographie de la tranche de tissu faite

immédiatement après la perfusion. Cette procédure permet d'avoir une

mesure exacte de la différence d'épaisseur avant et après les manipulations

histologiques et de calculer le rétrécissement et les facteurs de correction qui

donnent les valeurs originales (O'Kusky et Colonnier '82)

7- TESTS STATISTIQUES

Nous avons employé un test d'analyse de variance à deux voies sans

replication (ANOVA à deux voies) pour comparer l'effet des deux

environnements sur les six portées. Ce test statistique nous permet aussi de

comparer entre elles les six portées étudiées. De plus, nous avons employé le

test ANOVA à une voie pour comparer par sexe les différentes valeurs

obtenues chez les animaux pauvres et enrichis.

79

RESULTATS

1-POIDS DU CORPS

Le poids moyen du corps des animaux pauvres et enrichis est présentée

à la figure 5A. Les animaux du milieu riche ont un poids plus élevé que ceux

du milieu pauvre. Les poids des enrichis varient de 2.11 à 3.79 Kg (moyenne

de 2.89 Kg) et celui des pauvres de 1.67 à 3.39 Kg (moyenne de 2.62 Kg). Cette

différence de l'ordre de 10% est significative à p<0.05 (Analyse de variance à 2

voies; F(l,5)= 10.1). Cette donnée est en contradiction avec celles obtenues

chez le rat où ce sont les animaux pauvres qui pèsent le plus. Cela sera traité

plus à fond dans la section discussion. L'analyse de variance à deux voies ne

compare pas seulement les différence entre les 2 milieux mais aussi elle

peut démontrer des différences entre les portées. Ainsi, dans la présente

étude il y a une différence très significative entre les six portées de chats

(F(5,5)= 23.01; pcO.Ol). Cette dernière différence peut en partie s'expliquer

par le fait que 3 portées étaient composées de femelles et que les trois autres

étaient mâles. Si l'on fait la moyenne des valeurs de tous les poids des mâles

pour le comparer aux femelles (qu'ils soient enrichis ou pauvres), les mâles

pèsent en moyenne 38% de plus que les femelles. Cette différence est très

significative à p<0.01 (Analyse de variance à une voie; F(l,10)= 14.24). Il est

d'ailleurs déjà bien connu que chez les mammifères, les animaux mâles

pèsent plus que les femelles. A cause de notre protocole expérimental, nous

ne pouvons dire lorsqu'il y a des différences à la fois entre les portées et entre

les mâles et les femelles, si des facteurs autres que le sexe sont responsables

des différences entre les portées. Cependant, lorsqu’il n'y a pas de différence

POIDSde

L'ENCEPHALE

25.4 ± 1.0 g23.7 ± 1.4 g

Riches Pauvres

+7% p < 0.01

POIDSdu

CORPS2.9 ± 0.6 kg

2.6 ±0.6 kg

Riches Pauvres

+10% p < 0.05

RAPPORTENCEPHALE

CORPS.0094 ± .0020

.0089+.0016

Riches Pauvres

n.s.

A: POIDS

LONGUEUR de

L’ENCEPHALE

5.23 ± 0.09 cm5.16 ± 0.18 cm

Riches Pauvres

n.s.

LONGUEURdes

HEMISPHERES

4.16± 0.12 cm3.95 ± 0.08 cm

Riches Pauvres

+5% p < 0.01

LARGEURdes

HEMISPHERES

4.12 ± 0.07 cm3.92 + 0.13 cm

Riches Pauvres

+5% p < 0.05

PROJECTION DORSALE des

HEMISPHERES13.7+ 0.5 cm2

12.6 ±0.3 cm

Riches Pauvres

+9% p < 0.01

B: DIMENSIONS

FIGURE 5

81

entre les sexes, on peut penser que ce sont des facteurs génétiques ou des

facteurs familiaux (comme l'accès à la nourriture en bas âge) qui peuvent

expliquer les différences entre les portées.

2- POIDS DE L'ENCEPHALE

Le poids moyen des encéphales des animaux enrichis est de 25.35 g et

celui des animaux pauvres, de 23.69 g (figure 5A). Cette différence de 7% est

très significative (F(l,5)= 26.19; pcO.Ol). Donc chez le chat comme chez le rat

(voir section 2.2.1 dans l'introduction), la richesse de l'environnement a une

influence sur le poids de l'encéphale. De plus, une différence statistique peut

aussi être démontrée entre les litières (F(5,5)= 8.35; p<0.05). Cette différence

peut s'expliquer de la même manière que celle qui a été fournie pour le poids

corporel. Si nous compilons par sexe les mesures des poids des encéphales,

on observe que les encéphales des animaux mâles sont 8% plus lourds que

ceux des femelles (F(l,10)= 8.46; p<0.05). Le fait que l'encéphale des animaux

mâles pèsent plus que celui des femelles n'est pas surprenant. Il y a une

abondante littérature décrivant ce phénomène qui serait imputable surtout

au fait que le mâle a un corps plus lourd que celui de la femelle et une

musculature plus importante à commander (Blinkov et Glezer '68;

Changeux '83; Tobias '75).

La figure 5A nous donne aussi la moyenne du rapport poids de

l'encéphale/ poids du corps des animaux utilisés dans cette étude. D'une

façon surprenante, ce rapport n'est pas significativement différent entre les

2 conditions de l'environnement (F(l,5)= 3.03; p>0.05). On peut donc penser

que chez le chat enrichi, l'augmentation du poids de l'encéphale vient

82

essentiellement de l'augmentation de son poids corporel. Une différence de

ce rapport peut cependant être observée entre les portées (F(5,5)= 20.19;

pcO.Ol). Cette différence semble encore une fois être due, du moins en partie,

aux sexes des animaux. En effet, si l'on compile les différentes valeurs des

rapports par sexe, on observe que les femelles ont un rapport poids de

l'encéphale / poids du corps beaucoup plus élevé que celui des mâles; de

l'ordre de 29% (F(l,10)= 10.48; pcO.Ol). On sait d'après la littérature que chez

l'humain cette différence dans le rapport poids de l'encéphale/ poids du

corps existe également (Blinkov et Glezer '68)

Une analyse statistique plus poussée révèle qu'il existe une corrélation

positive entre le poids du corps des animaux et celui de l'encéphale: plus le

corps est lourd, plus l'encéphale le sera (coefficient de corrélation r=0.85;

p<0.01). Cependant cette corrélation ne peut être démontrée que si l'on tient

compte de tous les animaux à la fois: riches et pauvres, mâles et femelles. H

est impossible de démontrer statistiquement une corrélation significative

entre le poids corporel et de l'encéphale en se restreignant à une seule

catégorie d'animaux. Cela s’explique probablement par le nombre restreint

d'animaux dans chaque catégorie.

3- DIMENSIONS DES ENCEPHALES

La figure 5B présente la moyenne de la longueur rostro-caudale de

l'encéphale ainsi que la longueur et la largeur des hémisphères du cortex

cérébral des animaux enrichis et pauvres étudiés. Ces valeurs ont été

obtenues par des mesures faites directement sur les photos de la région

dorsale de l'encéphale. La longueur rostro-caudale moyenne des encéphales

83

de chats du milieu enrichi n'est pas significativement différente de celle

d'animaux pauvres (5.23 et 5.16 cm respectivement). Cependant, les

hémisphères cérébraux des animaux enrichis (4.16 cm) sont en moyenne 5%

plus longs que ceux d'animaux pauvres (3.95 cm). Cette différence est très

significative (F(l,5)=16.41; pcO.Ol). La figure 6 nous montre les encéphales de

2 chats de la portée C. Notez comment la partie postérieure des hémisphères

de l'animal enrichi semble recouvrir une partie plus importante du cervelet.

Nous avons aussi mesuré la largeur du cortex cérébral. Celui-ci est

significativement plus large chez l'animal enrichi (4.12 cm) que chez le

pauvre (3.92 cm; différence de 5%; p<0.05). Donc chez le chat contrairement à

ce qu'on observe chez le rat, l'effet de 1 'environnement peut être démontré et

sur la longueur et sur la largeur des hémisphères cérébraux. En multipliant

la longueur des hémisphères par leur largeur, tel que cela a été fait chez le

rat (voir section 2.2.1 dans l'introduction), on obtient une estimation de la

dimension de la surface corticale. Celle-ci est en moyenne 10% plus élevée

chez l'animal enrichi. Cette différence est très significative (F(l,5)= 24.74;

p<0.01). Nous avons aussi estimé la surface corticale (figure 5B) en mesurant

la vue dorsale des hémisphères cérébraux avec une tablette

électromagnétique. La surface des hémisphères cérébraux de l'animal

enrichi (13.69 cm2) est 9% plus grande que celle des hémisphères de l'animal

pauvre (12.57 cm2). Cette différence est très significative (F(l,5)= 32.67;

pcO.Ol). Donc avec les deux méthodes de mesure, la surface du cortex

cérébral est plus élevée chez l'enrichi. Par contre, aucune différence

significative n'a pu être démontrée entre les portées ou encore entre les sexes

pour toutes les dimensions de l'encéphale mesurées dans cette étude. Il y a

84

FIGURE 6

Photographie de l'encéphale de deux chats de la même portée.

L'encéphale à la droite du montage provient d'un animal qui a vécu dans le

milieu riche tandis que l’autre est d'un animal qui a vécu dans un milieu

pauvre.

86

cependant une corrélation significative entre la surface du cortex cérébral et

le poids de l'encéphale (r= 0.54; p<0.05). Comme on s'y attend, plus la surface

du cortex est grande, plus l'encéphale est lourd.

4- DENSITE NUMERIQUE DES NEURONES DANS L'AIRE 17 DU CHAT

Pour l'ensemble du cortex, la densité numérique (Nv) des neurones est

de 47,100 par mm3 chez les animaux enrichis et de 57,100 par mm3 chez les

pauvres (table 1 et figure 7). Cette différence de 17% est extrêmement

significative (F(l,5)= 53.38; p<0.001). Il est intéressant de constater que ce

pourcentage est très semblable à celui que Turner et Greenough ('85) ont

calculé chez le rat élevé dans des conditions similaires. Dans les lames

corticales, des différences significatives dans le même sens que celles

démontrées pour l'ensemble du cortex, sont présentes de la lame III à la

lame VIA (au moins p<0.05). Les valeurs moyennes des lames I et II sont

aussi plus basses (sans l'être significativement) chez les animaux enrichis,

ce qui laisse supposer que le Nv y est également affecté par la richesse de

l'environnement. Comme on s'y attendrait d'après l'apparence des lames, il

y a un moins grand Nv dans la lame I, V et VLB. Les différences entre les

lames II, III, IV et VIA sont peu prononcées.

Une différence significative entre les portées peut être démontrée pour

le Nv neuronal de l'ensemble des lames du cortex (F(5,5)= 23.45; pcO.Ol) et

pour la lame III (F(5,5)= 5.11; p<0.05). En compilant les valeurs par sexe, le

Nv des neurones des animaux femelles n'est pas significativement différent

de celui des mâles (51,000 et 54,600 par mm3 respectivement; F(l,10)= 1.20;

p>0.1). Il n'y a pas non plus de corrélation significative entre le Nv des

TABLE 1Épaisseur corticale et nombre de neurones

Moyenne ± écart type n = 6 chats enrichis et 6 pauvres

Lames Épaisseur Densité numérique (Ny) Nombre sous 1 mm 2(mm) (xlO 3) ^ surface (Ne)

Riches Pauvres Riches Pauvres Riches Pauvres

I 0.18 ±0.02 0.17 ±0.02 6.2 ±2.4 9.9 ±5.0 *** 1.1 ±0.4 1.7 ±0.8

n 0.12 ±0.02 0.12 ±0.02 57.8 ±8.1 68.0 ±12.2 6.7 ±0.5 8.0 ±1.2

m 0.38 ±0.06 0.36 ±0.05 57.6 ±9.3 70.8 ±13.0** 21.5±5.0 21.8±3.1

ÏVA 0.26 ±0.04 0.26 ±0.02 50.2 ±12.7 63.0 ±12.3 13.0 ±2.9 16.4 ±4.0

IVB 0.23 ±0.04 0.23 ±0.02 58.8 ±13.4 70.8 ±7.3 13.9 ±5.1 16.1 ±2.1

V 0.14 ±0.02 0.13 ±0.02 39.6 ±8.9 48.4 ±8.1 5.7 ±1.2 6.5 ± 1.6

VIA 0.32 ±0.06 0.31 ±0.07 54.1 ±9.4 65.3 ±8.3 17. 1±2.2 20.2 ±6.2

VIB 0.11 ±0.03 0.12 ±0.03 24.7 ±4.8 23.7 ±3.7 2.7 ±0.6 2.8 ±0.8

I-VI 1.75 ±0.11 1.69±0.1 47.1 ±8.2 57.1 ±8.4*** 82.0 ±9.6 96.6 ± 16.6

p a été calculé avec un test ANOVA à deux voies * p < 0.05** p < 0.01 *** p < 0.001

NOMBRE DE NEURONES PAR MM 3 DE CORTEX VISUEL

Lames Moyennes et écarts-types AN O VA

* p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001

FIGURE 7

89

neurones et les paramètres macroscopiques des sections précédentes. Ces

différences entre portées dépendent donc de facteurs autres que le sexe ou la

richesse de l'environnement après sevrage. Elles peuvent être soit

génétiques, soit de nature familiale.

5- EPAISSEUR DU CORTEX VISUEL

Les valeurs moyennes de l'épaisseur totale de l'aire 17 et de chacune

des lames corticales sont données à la table 1 et à la figure 8. Le cortex visuel

de l'animal en milieu enrichi mesure 1,749 |im et celui de l'animal pauvre,

1,690 |im. L'aire 17 de l'animal enrichi est donc en moyenne 4% plus épaisse

que celle de l'animal pauvre. Quoique le pourcentage de différence est du

même ordre que celui qu'on retrouve chez des rats élevés dans des conditions

semblables (voir section 2.2.1 dans l'introduction), ici l'épaisseur corticale

n'est pas significativement différente (F(l,5)= 0.67; p>0.1). Il faut dire que

notre échantillonnage est moins grand que celui des études chez le rat.

Aucune différence significative d'épaisseur ne peut être démontrée pour

aucune des lames corticales, même si la plupart d'entre elles tendent à être

plus épaisses dans le cerveau enrichi. L'épaisseur totale de l'aire 17 montre

peu de variabilité entre les individus (coefficient de variation: 6%) pour

l'épaisseur totale de l'aire 17. L'épaisseur des lames est aussi relativement

uniforme, à l'exception de la lame VI où le coefficient de variation atteint

20%.

H n'y a aucune différence significative entre les 6 portées pour

l'épaisseur totale du cortex visuel (F(5,5)= 0.45; p>0.1) ni dans aucunes de ses

lames corticales. De plus, l'épaisseur de faire 17 des mâles n'est pas

91

statistiquement différent de celui des femelles (1,701 pm et 1,737 pm

respectivement; F(l,10)= 0.33; p>0.1). Comme l'épaisseur n'est pas différente

ni entre les milieux ni entre les portées, il n'est pas surprenant que l'analyse

du coefficient de corrélation ne démontre aucune relation significative de

l'épaisseur corticale avec les données anatomiques analysées dans les

sections précédentes.

6- LE NOMBRE DE NEURONES SOUS 1 MM2 DE SURFACE CORTICALE

En multipliant le Nv des neurones avec l'épaisseur du cortex visuel, on

obtient le nombre de neurones sous 1 mm2 de surface corticale (Ne: nombre

par unité de "colonnes corticales"). Pour l'épaisseur totale de l'aire 17, il y a

environ 82,000 neurones sous 1 mm2 de surface de cortex enrichis et 96,600

neurones sous la même unité de surface de cortex pauvres (table 1 et figure

9). Cette différence de l'ordre de 15% est significative à un p<0.05 (F(l ,5)=

10.96). Dans les lames corticales, seule la lame II a un Ne de neurones

significativement plus petit dans le cortex des chats enrichis, mais les autres

lames ont la même tendance. Il est intéressant de noter que la proportion de

cellules dans les lames supragranulaires (I à III: 36%), granulaires (IV:

33%) et infragranulaires (V et VI: 31%) est semblable entre les 2 conditions

expérimentales. Cela suggère que chez l’animal enrichi, le plus petit Ne de

neurones pour l'épaisseur totale du cortex n'est pas restreint à un groupe

particulier de lames corticales. Cette suggestion n'est pas en accord avec les

études chez les rongeurs où ce sont les lames supragranulaires qui sont le

plus affectées par la richesse de l'environnement (voir section 2.2.1 dans

l'introduction).

Lames ANOVA

NOMBRE DE NEURONES SOUS 1 MM 2 DE SURFACE DU CORTEX VISUEL

Moyennes et écarts-types

I

II

III

IVA

IVB

V

VLA

VIB

I-VIB

5,000 10,000 15,000 20,000

I Riches

Pauvres

20,000 100,00040,000 60,000 80,000

* p < 0.05, ** p <0.01, *** p <0.001

*

*

FIGURE 9

93

Pour le Ne de l'ensemble du cortex il y a une différence significative

entre les portées (F(5,5)= 5.31; p<0.05). Une telle différence ne peut cependant

pas être prouvée statistiquement pour aucune des lames corticales. Aucune

différence significative mâle-femelle n'apparaît dans le Ne des neurones

pour l'épaisseur totale du cortex (F(l,10)= 0.78; p>0.1), ni pour aucune des

lames de l'aire 17. Il n'y a aucune corrélation significative entre Ne des

neurones et les autres paramètres discutés auparavant. Comme pour le Nv

des neurones, il faut donc penser que les différences du Ne entre les portées

dépendent de facteurs autres que le sexe ou que la richesse de

l'environnement après sevrage. Elles peuvent donc dépendre de facteurs

génétiques ou familiaux.

7- SURFACE MOYENNE DES PROFILS DES NOYAUX NEURONAUX DE

L’AIRE 17

La table 2 et la figure 10 présentent la surface moyenne des profils des

noyaux neuronaux dans chaque lame corticale pour les 2 conditions

expérimentales. Pour l'ensemble du cortex, cette aire est de 70.07 gm2 chez

l'animal enrichi et de 63.89 |im2 chez le pauvre. Cette différence de 10% est

très significative (F(l,5)= 19.04; p<0.01). Cette augmentation dans le milieu

riche confirme les données obtenues chez les rats (voir section 2.2.1 dans

l'introduction). La moyenne des surfaces des noyaux est aussi plus élevée

dans la plupart des lames corticales des chats élevés en milieu riche (de la

lame II à la lame V: pcO.05 à p<0.01). Les données obtenues pour les autres

lames suivent la même tendance. D'après la figure 10, on remarque que la

surface des noyaux est légèrement plus petite dans les lames I, IV et VIB

TABLE 2

Surface des profils des noyaux des neurones (pm2) Moyenne ± écart type

n = 6 chats enrichis et 6 pauvres

LAMES RICHES PAUVRES

I 63.56 ±11.79 60.42 ± 3.98

II 80.36 ± 9.02 70.77 ± 5.97 *

III 74.01 ± 6.92 68.31 ± 6.38 **

IVA 63.30 ± 7.05 57.41 ± 5.03 *

IVB 60.93 ± 6.36 54.41 ±4.12 **

V 69.67 ± 9.28 63.57 ± 7.61 **

VIA 73.61 ± 7.33 68.47 ± 4.43

VIS 66.08 ±11.49 59.59 ± 5.71

I-VIB 70.07 ± 7.09 63.89 ± 4.80 **

p a été calculé avec un test ANOVA à deux voies

* p < 0.05** p < 0.01* * * p < 0.001

Lames

I

II

III

IVA

rvB

V

VIA

VIB

I-VIB

SURFACE DES PROFILS DES NOYAUX


20 pm

* p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001

1 260 pm 80 pm'

*

**

**

FIGURE 10

96

que dans les autres lames.

H y a aussi des différences significatives de surface des noyaux entre

les différentes portées pour l'épaisseur totale du cortex (F(5,5)= 11.16; pcO.Ol)

et pour les lames III (pcO.Ol), IV et V (p<0.05). La surface moyenne des

noyaux des neurones est presqu identique pour les mâles et les femelles. Il

existe par ailleurs une corrélation positive entre la surface des noyaux et

l'épaisseur de l'aire 17 (r= 0.64; p<0.05). Plus la surface des noyaux est

grande, plus le Nv des neurones est petit. Une autre corrélation statistique

peut être faite mais cette fois-ci négative, entre l'aire moyenne des noyaux et

le Nv des neurones (r= -0.79; p<0.01). Nous suggérons dans la discussion que

chez l'enrichi de plus gros noyaux réflètent des arbres dendritiques plus

étendus et que cela explique la chute du Nv des neurones.

8-DENSITE NUMERIQUE DES SYNAPSES.

8.1- Synapses à vésicules rondes

Pour l'ensemble du cortex, la densité numérique des synapses à

vésicules rondes est de l'ordre de 246 millions par mm3 chez l'animal

enrichi et de 255 millions par mm3 chez le pauvre (table 3 et figure 11). Cette

petite différence de 4% n'est pas significative (F(l,5)= 4.10; p>0.05). De plus,

aucune lame corticale ne présente de différence significative entre les deux

conditions expérimentales. Chez le rat, Turner et Greenough ont trouvé des

résultats similaires. Il semble donc que l'environnement n'a que très peu

d'influence sur la densité numérique des synapses à vésicules rondes. Les

données de la présente étude appuient aussi le fait que nous n'avions pas

trouvé de différences interindividuelles pour ce type de contacts dans l'étude

97

précédente (Annexe 1). Dans chacune des deux conditions expérimentales, le

Nv des synapses à vésicules rondes décroît de la lame I à la lame IVA,

augmente en IVB pour décroître de nouveau jusqu'à la lame VIB. Le plus

grand Nv dans les lames supérieures peut provenir en partie du fait que

dans ces lames la quantité de myéline est moins importante que dans les

autres lames corticales. La diminution progressive du Nv de la lame V

jusqu'à la lame VIB proviendrait de l'augmentation progressive de la

quantité de myéline due à la fusion graduelle de ces lames avec la matière

blanche. Le coefficient de variation demeure relativement petit dans toutes

les lames corticales (moyenne de 11% dans le riche et dans le pauvre) et pour

l'ensemble de l'aire 17 (5% dans le riche et 2% dans le pauvre).

Aucune différence entre les portées n'est démontrée statistiquement

pour la densité des synapses à vésicules rondes ni dans l'ensemble du cortex,

ni dans aucune des lames corticales. Si l'on compile le Nv des synapses à

vésicules rondes par sexe, les femelles ont une densité numérique moyenne

de l'ordre de 247 millions de synapses par mm3 de tissu et les mâles ont un

Nv de 253 millions par mm3 de tissu. Cette petite différence de 2% n'est pas

significative (F(l,10)= 1.38; p>0.1). Aucune corrélation significative ne peut

être faite entre le Nv des synapses à vésicules rondes et le poids de

l'encéphale, les dimensions de l'encéphale, l'épaisseur corticale et enfin

avec la densité numérique des neurones.

8.2- Synapses à vésicules aplaties

Le Nv moyen des synapses à vésicules aplaties est présenté à la table 3

et à la figure 12 pour chacune des deux conditions environnementales

98

étudiées. La première constation vraiment frappante est la grande différence

dans le Nv des synapses à vésicules aplaties entre les deux conditions

expérimentales. Pour l'ensemble du cortex, la densité numérique de ces

synapses est de l'ordre de 41 millions par mm3 de tissu chez l'animal enrichi

et de 75 millions chez le pauvre. L'ensemble de l'aire visuelle de l'animal

enrichi a donc en moyenne une densité numérique de synapses à vésicules

aplaties 45% plus petite que chez l'animal pauvre; le Nv de ce type de

synapses chez le pauvre est donc presque deux fois plus élevé que chez le

riche. Cette grande différence est extrêmement significative (F(l,5)= 805.81;

pcO.OOl). Dans toutes les lames corticales, sauf VIB, le Nv est

significativement plus bas chez l'animal enrichi. Les différences entre les 2

conditions varient de 30% à la lame VLB à 50% à la lame I. Dans chacune des

deux conditions d'élevage étudiées, le Nv des synapses à vésicules aplaties

varie à peu près de la même manière d'une lame corticale à l'autre. Il est

bas dans la lame I, il augmente en II et demeure à peu près le même jusqu'à

la lame LVB. Il décroît quelque peu dans la lame V, demeure relativement

stable en VIA, pour ensuite diminuer légèrement dans la lame VIB. Cette

distribution est très semblable à celle des synapses à vésicules rondes. Il est

intéressant de noter que le coefficient de variation pour l'ensemble du cortex

est de 7% chez le pauvre et de 11% chez l'enrichi. Cela signifie que

l'écart-type du Nv des synapses à vésicules aplaties est considérablement

réduit chez les six animaux des deux milieux si on le compare à l'étude

précédente où le coefficient de variation pour l'ensemble du cortex visuel était

de 30% de la moyenne dans la région binoculaire (voir annexe 1). Dans les

lames corticales, on observe aussi cette diminution du coefficient de

TABLE 3

Densité numérique des synapses (xlO ) Moyenne ± écart type


Lames Vésicules rondes Vésicules aplaties

Riches Pauvres Riches Pauvres

I 326 ± 24 343 ± 36 31 ±8 63+ 17 **

II 291 ± 16 305 ± 36 51 ± 12 94 ± 20 **

III 286 ± 27 271 ± 17 49 ± 7 93 ±9 ***

IVA 215 ± 16 253 ± 37 42+ 10 80 + 19 **

IVB 246 ± 31 278 ±6 50 ±9 91± 17 ***

V 238 ± 46 242 ± 20 34 + 9 63 ± 14 **

VIA 217 + 39 210 ± 34 37 + 9 60 ±8 **

VIB 119 ± 11 115 ±23 19 + 10 27 + 6

I-VIB 246 ± 12 255 ± 5 41 + 4 75 + 5 * * *


* p < 0.05** p < 0.01* * * p < 0.001

NOMBRE DE SYNAPSES A VESICULES RONDES PAR MM 3 DE CORTEX VISUEL

Lames Moyennes et écarts-types ANOVA

I

II

III

rvA

rvB

v

VIA

VIB

I-VIBRiches

Pauvres

100,000,000 400,000,000200,000,000 300,000,000

* p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001

FIGURE 11

Lames ANOVA

I

II

III

IVA

IVB

V

VIA

VIB

I-VIB

NOMBRE DE SYNAPSES A VESICULES APLATIES PAR MM3 DE CORTEX VISUEL

Moyennes et écarts-types

**

**

«KH»

**

1--------------------- 1----------- ---------- ---------------------- 125,000,000 50,000,000 75,000,000 100,000,000

* p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001

FIGURE 12

102

variation. Ainsi, dans la présente étude la moyenne des coefficients de

variation dans les lames est de l'ordre de 23% chez l'enrichi et de 20% chez le

pauvre. Dans notre étude précédente, la moyenne des coefficients dans les

lames de la région binoculaire était de l'ordre de 35%.

Pour l'ensemble du cortex, une différence significative de la densité des

synapses à vésicules aplaties entre les 6 portées peut être démontrée (F(5,5)=

9.32; p<0.05). Il n'y a pas cependant de différence significative dans le Nv des

synapses à vésicules aplaties entre les animaux femelles (57 millions par

mm3) et les animaux mâles (59 millions par mm3; F(l,10)= 0.3; p>0.1). On

peut donc suggérer que cette différence entre les portées est de nature

génétique ou familiale. Des corrélations négatives existent entre le Nv des

synapses à vésicules aplaties d'une part et le poids de l'encéphale (r= -0.62;

p<0.05) et la surface corticale (r= -0.65; p<0.01) d'autre part. Plus le Nv des

synapses à vésicules aplaties est élevé, plus le poids et la surface corticale

sont petits. Ces corrélations se comprennent facilement puisque tous ces

paramètres sont affectés par la richesse de l'environnement.

8.3- Proportion des synapses à vésicules aplaties

La proportion de synapses à vésicules aplaties par rapport à toutes les

synapses identifiées (somme des synapses à vésicules rondes et à vésicules

aplaties) est présentée pour les deux conditions expérimentales à la figure

13. Pour l'ensemble du cortex, la proportion de synapses à vésicules aplaties

se situe à 14% du total chez le chat enrichi et à 23% chez le pauvre. Cette

différence dans la proportion des synapses à vésicules aplaties entre les deux

milieux étudiés est extrêmement significative (F(l,5)= 302.14; pcO.001). Ceci

103

n'est pas surprenant puisque ce rapport provient du Nv des synapses à

vésicules aplaties qui change considérablement entre les deux milieux et du

Nv des synapses à vésicules rondes qui ne changent pas. Dans chaque lame

corticale, la proportion des synapses à vésicules aplaties est toujours plus

basse dans le milieu riche. D'après la figure 13, on note que la proportion des

synapses à vésicules aplaties entre les différentes lames corticales suit à peu

près la même distribution dans les deux conditions d'élevage. La proportion

des synapses à vésicules aplaties est basse dans la lame I, augmente et

demeure relativement stable de la lame II à la lame VI. On peut noter

cependant que cette proportion semble légèrement plus élevée dans la lame

IV. Comme pour le Nv des synapses à vésicules aplaties, le coefficient de

variation de la proportion de ce type de synapses pour l'ensemble de toutes les

lames est de 9% chez l'animal enrichi et de 5% chez le pauvre. Dans les

lames corticales, le coefficient de variation est plus élevé (moyenne de 24%

chez l'enrichi et de 17% chez le pauvre). On peut associer cette plus grande

variation au niveau laminaire au fait que pour chaque lame,

l'échantillonnage des synapses à vésicules aplaties n’était pas très

considérable (environ 30 à 40 synapses par lame par individu).

Aucune différence statistique du pourcentage de synapses à vésicules

aplaties n'a pu être démontrée entre les six portées pour l'ensemble du

cortex, ni dans aucune des lames corticales. De plus, il n'y a pas de

différence significative dans la proportion de synapses à vésicules aplaties

entre les animaux femelles (18%) et les animaux mâles (19%). De même que

pour le NV de ce type de synapse, des corrélations négatives existent entre la

proportion de synapses à vésicules aplaties d'une part et le poids de

POURCENTAGE DE SYNAPSES A VESICULES APLATIES


I

II

III

IVA

rvB

v

VLA

VIB

I-VIBRiches

Pauvres

* p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001

FIGURE 13

105

l'encéphale (r= -0.62; p<0.05) et la surface corticale (r= -0.82; p<0.01) d'autre

part.

9- NOMBRE DE SYNAPSES PAR NEURONE

Un changement ou une absence de changement dans le Nv des

synapses est difficile à interpréter physiologiquement surtout quand les

dimensions corticales et le Nv des neurones sont également modifiés. Le

nombre total de chaque type de synapses change-t-il dans l'ensemble de l'aire

17? Nous ne pouvons répondre à cette première question puisque nous

n'avons pas de mesure de la superficie de l'aire 17 chez nos chats pauvres et

enrichis. Une telle mesure est difficile à obtenir chez le chat pour les raisons

suivantes. Les limites exactes entre l'aire 17 et les autres aires

environnantes sont relativement faciles à déterminer sur des sections

histologiques coupées perpendiculairement à la pie-mère. Cependant, sur

des sections histologiques obliques par rapport à la pie-mère, les limites de

l'aire 17 sont dans certains cas impossibles à déterminer. Puisque l'aire

visuelle présente des courbures, il est impossible de faire des coupes qui

soient toujours perpendiculaires à la pie-mère et par conséquent il s’avère

difficile de faire une estimation valable de la surface de l'aire 17 du chat. Il

est à noter que chez le singe, l'estimation de la surface du cortex visuel peut

être faite puisqu'il est possible de déterminer les limites de l'aire 17 même

sur sections histologiques obliques (voir O'Kusky et Colonnier '82). Puisqu'il

est impossible de connaître le nombre de synapses dans l’ensemble de l'aire

17, on peut se demander en deuxième lieu si le nombre de synapses par

neurone est modifié et dans quel sens. Nous pouvons répondre à cette

106

deuxième question, nous n'avons qu'à calculer le nombre de synapses par

neurone en divisant le Nv des synapses par le Nv des neurones.


Pour l'ensemble du cortex, le nombre de synapses à vésicules rondes

par neurone (table 4 et figure 14) est 18% plus élevé chez le chat enrichi

(5,345) que chez le pauvre (4,540). Cette différence est très significative

(F(l,5)= 19.51; p<0.01). Ce résultat se comprend facilement puisque le Nv de

ce type de synapses ne change pas entre les deux milieux et qu'il y a une

chute du Nv des neurones chez l'enrichi. Même si toutes les lames

corticales, sauf VIB, présentent ce plus grand nombre de synapses à

vésicules rondes par neurone, les différences ne sont significatives que dans

les lames III (p<0.01) et VIA (p<0.05). Un élevage dans un milieu riche ne

change pas la densité des synapses à vésicules rondes mais augmente leur

nombre par neurone. Il est intéressant de constater que Turner et

Greenough ('85) sont arrivés aux mêmes résultats chez le rat.

Pour un milieu donné, ce rapport synapses/ neurone varie beaucoup d’une

lame à l'autre. Il est très élevé à la lame I, décroît à la lame II, demeure

relativement constant de la II à la VIB, quoiqu'il soit un peu plus élevé en V

et un peu plus bas en VIA. Il est difficile d'interpréter ces résultats puisque

si l'on prend comme exemple la lame I, son grand nombre de synapses par

neurone ne veut pas dire que les neurones dont les corps cellulaires sont

situés dans cette lame reçoivent un plus grand nombre de contacts que ceux

des autres lames. La plupart des synapses de cette lame sont placées sur les

dendrites ascendants de cellules qui sont situées dans les lames inférieures.

107

Pour l'ensemble du cortex, il y a une différence significative du rapport

synapses à vésicules rondes par neurone entre les 6 portées de chats étudiés

(F(5,5)= 10.82; pcO.05). Malgré que le nombre de synapses à vésicules rondes

par neurone soit 10% plus élevé chez les femelles (5,184) que les mâles (4,701),

aucune différence statistique ne peut y être démontrée (F(l,10)= 0.98; p>0.1).

Il faut donc penser que les différences entre portées ne s'explique pas par des

différences entre les mâles et les femelles mais par des facteurs génétiques et

familiaux. Des corrélations significatives (p<0.01) existent entre le nombre

des synapses à vésicules rondes par neurone et le Nv des neurones (r= -0.96),

le Ne neuronal (r= -0.90) et l'aire des noyaux (r= 0.75). Les deux premières

corrélations s'expliquent facilement par le fait que le rapport

synapse/neurone et le Ne neuronal s'obtiennent à partir du Nv des neurones.

Quant à la Sème corrélation, on a déjà dit que la grosseur des noyaux reflète

probablement l'étendue de l'arbre dendritique. Les arbres dendritiques plus

étendus reçoivent un plus grand nombre de synapses.


Chez l'animal enrichi, le fait qu'il y a à la fois un plus petit Nv de

synapses à vésicules aplaties et une chute du Nv des neurones pourrait

signifier que le nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone est le

même dans les 2 conditions. Ainsi, le petit Nv de ce type de synapses chez

l'enrichi pourrait être dû à une dilution d'un nombre identique de ces

contacts sur de plus grands arbres dendritiques. Le calcul du nombre de

synapses à vésicules aplaties par neurone révèle toutefois que la diminution

108

du Nv n'est pas une simple dilution. Le nombre de synapses à vésicules

aplaties par neurone est également affecté. Bien sûr, la différence entre les

deux milieux est moins grande que pour le Nv, mais le chat enrichi a quand

même 34% moins de synapses à vésicules aplaties par neurone (table 4 et

figure 15) et cette différence est très significative (F(l,5)= 67.32; pcO.OOl). Le

coefficient de variation pour chacun des 2 milieux est de l'ordre de 12%. Ce

coefficient est beaucoup moins grand que celui trouvé dans l'étude

précédente (32% dans la région binoculaire) et supporte l'hypothèse que les

variations de l'étude précédente sont dues aux conditions du milieu.

Dans les lames corticales, les lames II, III, IVB et VIA ont un plus grand

nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone (différence de l'ordre de

35%; au moins p<0.05). Les différences dans les autres lames, qui vont dans

le même sens, ne peuvent être démontrées statistiquement. Les coefficients

de variation sont beaucoup plus élevés et atteignent quelquefois 53% (lame

VLB). Cela est probablement dû à l'échantillonnage plus petit dans les

différentes lames.

Il n'y a aucune différence significative ni entre les portées ni entre les

sexes dans le nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone. Il existe

cependant une corrélation statistique entre le nombre de synapse à vésicules

aplaties par neurone et le poids de l'encéphale (r= -0.62; p<0.05) et la surface

du cortex (r= -0.78; p<0.01). Ces corrélations ne sont pas surprenantes

puisque tous ces paramètres sont influencés par la richesse de

l'environnement.

TABLE 4

Nombre de synapses par neurone Moyenne ± écart type




I 60,777 ±26,537 42,384 ± 17,511 5,810 ±3,115 7,408 ±2,756

II 5.116 ±807 4,524 ±578 887 ±254 1,392 ± 260 *

III 5,095 ±1,113 3,962 ±872 ** 863± 190 1,350 ± 299 **

IVA 4,442 ±817 4,127 ±964 884 ±278 1,334±514

IVB 4,727 ±1,913 3,962 ±416 992 ±228 1,286 ±159 *

V 6,169 ± 1,532 5,083 ±631 907 ±331 1,356 ±522

VIA 4,087 ±887 3,289 ± 767 * 690±165 936 ± 166 *

VIB 4,964 ± 1,077 4,964 ± 1,318 770 ±405 1,111 ± 164

I-VIB 5,345 ±876 4,540±640 ** 878 ±96 1,325±164 ***


* p < 0.05* * p < 0.01 *** p <0.001

Lames

I

II

III

IVA

IVB

V

VIA

VIB

I-VIB

NOMBRE DE SYNAPSES A VESICULES RONDES PAR NEURONE


61,000 + 27,000

42,000 ± 18,000

Riches

Pauvres

2,000 8,0006,0004,000

* p<0.05, ** p<0.01, *** p< 0.001

FIGURE 14

NOMBRE DE SYNAPSES A VESICULES APLATIES PAR NEURONE


5,800 ±3,100

7,400 ± 2,800

II

III

TVA

IVB

V

VIA

VIB

T VIB

1,000

* p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001

1,500 2.000

FIGURE 15

112

10- LONGUEUR DES PROFILS DES CONTACTS SYNAPTIQUES


Pour l'ensemble du cortex, la longueur moyenne des profils des

contacts des synapses à vésicules rondes est de l'ordre de 0.35 pm tant chez

l'animal enrichi que chez le pauvre (table 5 et figure 16). Il n'y a également

pas de différence significative dans la longueur moyenne de ce type de

synapses dans aucune des lames corticales. L'environnement n'a donc pas

ou peu d'influence sur la longueur des contacts synaptiques des synapses à

vésicules rondes. Il y a une très grande similarité dans la longueur de ce

type de contacts entre les différentes lames corticales. Il y a peu de variabilité

entre les portées étudiées (coefficient de variation de 5% pour le total et de

moins de 10% dans les lames corticales individuelles) et aucune différence ni

entre les portées, ni entre les mâles et les femelles n'est démontrée

statistiquement.


Contrairement à la longueur moyenne des profils des contacts des

synapses à vésicules rondes, celle des synapses à vésicules aplaties est 25%

plus longue (F(l,5)= 132.78; p<0.001) chez l'animal enrichi (0.31 pm) que chez

l'animal pauvre (0.25 pm; table 5 et figure 17). Cette différence significative

s'observe aussi dans chaque lame corticale (de p<0.05 à p<0.001).

L'environnement a donc une influence importante sur la longueur des

synapses à vésicules aplaties. Puisque la longueur de ce type de synapses est

augmentée chez l'animal enrichi et que leur nombre est plus bas, on peut se

TABLE 5

Longueur des profils des contacts synaptiques (xlO pm) Moyenne ± écart type




I 368 ± 09 367 ± 24 302 ± 29 250 ± 24 *

II 374 ± 21 368 ± 31 312 ±23 242 ± 29 * *

III 359 ± 14 368 ± 22 323 ± 22 249 ± 20 * * *

IVA 342 ± 13 341 ± 25 311 ± 10 253 ± 19 * * *

IVB 329 ± 11 331 ± 16 305 ± 13 258 ± 29 *

V 337 ± 18 342 ± 22 334 ± 23 263 ± 20 * *

VIA 337 ± 27 344 ± 20 308 ± 23 256 ± 27 *

VIB 353 ± 29 344 ± 24 309 ± 40 249 ± 30 * *

I-VIB 353 ± 13 355 ± 20 314 ± 10 252 ± 20 * * *


* p < 0.05** p < 0.01 *** p <0.001

LONGUEUR DES PROFILS DE SYNAPSES A VESICULES RONDES


IVA4

IVB

V

VIA

VIB

I-VIB

4

% Riches

Pauvres —i

0.100 pm 0.200 pm 0.300 pm 0.400 pm

* p < 0.05, ** p <0.01, *** p <0.001

FIGURE 16

LONGUEUR DES PROFILS DE SYNAPSES A VESICULES APLATIES


II

III

IVA

rvB

v

VLA

VIS

I-VIB

*

**

***

*

**

**

***

0.100 |im 0.200 (xm

* p<0.05, ** p<0.01, *** p<0.001

0.300 pm

FIGURE 17

116

demander si la surface occupée par les contacts synaptiques sur un neurone,

est différente entre les 2 conditions expérimentales. Nous traiterons de cette

question à la section suivante.

Pour un milieu d'élevage donné, la longueur moyenne des profils des

contacts des synapses à vésicules aplaties demeure relativement stable d'une

lame à l'autre. Il n'y a de plus, aucune difference significative entre les six

portées étudiées. Cependant, une différence très significative est démontrée

entre les longueurs des synapses à vésicules aplaties des animaux mâles et

des animaux femelles (0.28 et 0.36 pm respectivement; F(l,10)= 20.58; p<0.01).

Le coefficient de corrélation est significatif entre la longueur des contacts des

synapses à vésicules aplaties d'une part et le poids de l'encéphale (r= 0.69;

p<0.05) et la surface corticale (r= 0.75; p<0.01) d'autre part. Cela n’est pas

surprenant puisque tous ces paramètres sont affectées par la richesse de

l'environnement.

11- SURFACE TOTALE DES CONTACTS SYNAPTIQUES PAR NEURONE

A partir de la mesure de la longueur, nous avons calculé la surface des

contacts synaptiques en assumant que la synapse fait un contact circulaire.

Cette estimation de la surface des contacts a été multipliée par le nombre de

synapses par neurone pour nous donner la surface totale des contacts

synaptiques par neurone. Si l'on assume que les récepteurs sont distribués

également sur la membrane postsynaptique, cette mesure pourrait être une

bonne estimation de la quantité de récepteurs sur la membrane

postsynaptique du neurone cible.

117


Pour l'épaisseur totale du cortex, la surface totale des contacts par

neurone faits par des synapses à vésicules rondes est 16% plus élevée chez

l'animal enrichi (528 jim2) que chez le pauvre (454 jim2; table 6). Cette

différence est significative (F(l,5)= 15.41; p<0.05). Ce résultat est facile à

comprendre puisque la surface moyenne des contacts ne change pas entre

les 2 milieux mais que le nombre de synapses à vésicules rondes par neurone

augmente dans le milieu riche. Quant aux lames corticales, seule la lame

III de l'animal enrichi démontre une différence significative entre les deux

milieux. Dans chacune des autres lames, les différences ne sont pas

significatives, mais on observe quand même que ce paramètre est plus grand

chez l'enrichi.

Il n'y a aucune différence entre les portées ou entre les sexes pour ce

paramètre. De plus, il est impossible de démontrer une corrélation

significative entre cette mesure de la surface des contacts et les données

anatomiques décrites dans les sections 1 à 7.


On se rappelle que le Nv des synapses à vésicules aplaties est

considérablement plus élevé chez l'animal pauvre. Par contre la longueur de

ce type de contact y est plus petite. On peut se demander si la superficie

couverte par les contacts de synapses à vésicules aplaties par neurone n'était

pas la même dans les 2 conditions expérimentales. Si l'on fait les calculs, on

s'aperçoit que pour l'épaisseur totale du cortex, la surface occupée par les

contacts synaptiques n'est pas différente entre l'animal enrichi (68 jim2) et

TABLE 6

Surface des contacts synaptiques par neurone (pm 2) Moyenne ± écart type




I 6,491 + 2,799 4.634 1 2320 426+257 3681153

II 5641112 4891134 66113 65+21

III 521+148 4261129 * 71120 66120

IVA 413 ± 101 3831130 67121 67+27

rvB 4071183 341151 68119 68+15

V 555+165 4731114 78+23 73 128

VIA 363+80 309+87 50+7 49114

VIB 490+144 455 +99 55+20 54+7

I-VIB 5281114 4541109 * 68 + 10 67 + 14


* p < 0.05** p < 0.01 *** p < 0.001

119

pauvre (67 (im2; table 6). On n'observe également aucune différence

significative dans les lames corticales. Donc la richesse de l'environnement

affecte à la fois la longueur et le nombre de synapses à vésicules aplaties

mais n’altèrent pas la quantité de surface occupée par ce type de contacts sur

un neurone. Il n'y a de plus, aucune différence significative ni entre les

portées ni entre les sexes dans la surface des contacts de ce type de synapses

par neurone.

12- PROPORTION DE SYNAPSES SUR EPINES, DENDRITES ET SOMAS

Le pourcentage des synapses à vésicules rondes et à vésicules aplaties

sur les différents éléments postsynaptiques a été obtenu à partir des synapses

dont l'élément postsynaptique a pu être identifié. Dans certaines catégories

cependant, l'élément postsynaptique n'a pu être identifié dans 8% des cas.

Pour estimer le Nv pour toutes les catégories, nous avons réparti ce montant

d’inconnus proportionnellement aux pourcentages de synapses qui ont pu

être identifiées. Ainsi, le Nv des synapses sur épines, troncs dendritiques ou

somas dans la section qui suit a été obtenu en multipliant le pourcentage

obtenu dans chaque catégorie d'éléments postsynaptiques par le Nv du type

de synapses qui comprenait les inconnus.


Les proportions des synapses à vésicules rondes et à vésicules aplaties

sur les épines, les troncs dendritiques et les corps cellulaires sont présentées

aux tables 7 et 8 pour les deux conditions expérimentales. La proportion des

synapses à vésicules rondes sur les épines est de l'ordre de 75%; 25% sont sur

TABLE 7

Proportion des synapses à vésicules rondes sur épines, dendrites et somas

LAMES EPINES DENDRITES SOMAS


I 84.5 88.0 15.1 12.0 < 1 0

II 82.9 80.7 16.7 19.2 < 1 < 1

III 80.8 75.6 18.7 23.9 < 1 < 1

IVA 59.9 51.0 40.1 48.2 < 1 1

IVB 56.3 57.1 43.2 42.0 1 1

V 73.5 72.8 26.1 26.9 < 1 < 1

VIA 80.5 82.9 19.2 17.1 < 1 0

VIS 68.0 78.3 32.0 21.7 0 0

I-VIB 75.1 72.2 24.5 27.4 < 1 < 1

TABLE 8

Proportion des synapses à vésicules aplaties sur épines, dendrites et somas

LAMES EPINES DENDRITES SOMAS


I 33.6 25.1 65.4 74.4 01.0 0.5

II 21.6 21.6 60.2 63.0 18.2 15.4

III 27.5 22.2 58.5 64.2 14.0 13.6

IVA 29.7 30.8 55.4 60.0 14.9 09.2

IVB 23.0 29.0 59.4 60.8 17.6 10.2

V 21.2 20.5 65.3 68.3 13.5 11.2

VIA 18.0 20.5 72.1 71.3 09.9 08.2

VIS 19.4 17.6 76.8 80.5 03.8 01.9

I-VIB 25.0 24.0 61.7 65.9 13.3 10.1

122

les dendrites et moins de 1% sur les corps cellulaires. Pour l'ensemble du

cortex, les animaux en milieux riche et pauvre auraient un NV de synapses à

vésicules rondes sur les épines de l'ordre de 185 millions par mm3. La

densité des synapses à vésicules rondes sur les troncs dendritiques est

environ 14% plus petite (sans être significative) chez l'enrichi (60 millions

par mm3) que chez le pauvre (70 millions par mm3). De plus, il y a seulement

environ 1 million de synapses à vésicules rondes par mm3 qui font contacts

sur les corps cellulaires dans l'aire visuelle des animaux pauvres ou

enrichis. Le nombre sur les corps cellulaires est très petit, mais puisque ces

contacts à toutes fins pratiques n'existent pas sur les cellules pyramidales et

forment seulement une portion des contacts axo-somatiques des cellules

étoilées, ce chiffre semble raisonnable.

Pour une lame corticale donnée, les proportions des synapses à

vésicules rondes sur les différents éléments postsynaptiques demeurent

relativement constantes dans les deux conditions expérimentales. Entre les

lames corticales, on peut observer cependant une diminution de la

proportion des synapses à vésicules rondes sur les épines dans les lames IV

(51 à 60%) et une augmentation correspondante des contacts sur les troncs

dendritiques (40 à 48%).


Pour l'ensemble des lames corticales de l'animal enrichi, on retrouve

25% de synapses à vésicules aplaties sur les épines, 62% sur les dendrites et

13% sur les corps cellulaires. Chez l'animal pauvre même si l'on a observé

un plus grand Nv des synapses à vésicules aplaties, la proportion sur les

123

différents éléments postsynaptiques est semblable dans les deux milieux.

Ainsi chez le pauvre, 24% des contacts se font sur les épines, 66% sur les

dendrites et 10% sur les somas. Puisque le Nv de l’ensemble des synapses à

vésicules aplaties est beaucoup plus petit chez l’animal enrichi que chez le

pauvre, une proportion équivalente ne représente pas un Nv identique. Le Nv

des synapses à vésicules aplaties sur épines est 44% plus petit (p<0.001) chez

l’animal enrichi (10 millions par mm3) que chez le pauvre (18 millions par

mm3). De même, la densité numérique des synapses à vésicules aplaties sur

dendrites est 49% plus petite (pcO.OOl) chez l’animal enrichi (25 millions par

mm3) que chez le pauvre (49 millions par mm3). Le Nv des contacts

axo-somatiques est en moyenne 29% plus petit (non significatif) chez

l'animal enrichi (5 millions par mm3) que chez l'animal pauvre (7 millions

par mm3). Les différences du Nv des synapses à vésicules aplaties sont donc

attribuables aux synapses axo-épineuses et aux synapses axo-dendritiques.

Quant aux contacts sur les somas, il est difficile de conclure s'ils sont

affectés par le milieu. Il y a une assez grande différence dans le Nv de ce type

de synapses entre les 2 milieux, ce qui laisse supposer qu'il est affecté

comme les autres. Par contre, nous n'avons pas démontré la différence de

29% de façon significative. Cela est présumément du aux nombre

relativement petit de synapses dans cette catégorie: nous avons échantillonné

environ une trentaine de synapses par individu.

Les différentes proportions des synapses à vésicules aplaties sur les

épines, les dendrites et les corps cellulaires ne changent pas beaucoup entre

les lames. Contrairement aux synapses à vésicules rondes, la proportion des

contacts des synapses à vésicules aplaties sur épines et dendrites dans les

124

lames IV demeurent à peu près les mêmes que dans les lames adjacentes.

125

DISCUSSION

1- FACTEURS QUI INFLUENCENT LE POIDS CORPOREL AINSI QUE LE

POIDS ET LES DIMENSIONS DE L'ENCEPHALE: COMPARAISON

AVEC LE RAT

Ll- Effets de la richesse de l'envirormement

Les chats élevés dans un milieu riche sont 10% plus lourds que les

animaux d'un milieu pauvre. Ce résultat est différent de celui obtenu chez

des rats élevés dans des conditions semblables où ce sont les animaux

pauvres qui pèsent le plus. Cette différence peut s'expliquer de deux façons.

Le métabolisme du rat et sa façon de réagir à l'isolation ou à la vie en colonie

peuvent être très différents de ceux du chat. De plus, nos animaux ont été

élevés dans des milieux expérimentaux pendant 6 1/2 mois tandis que les

rats y sont habituellement maintenu pendant 30 jours. Il se pourrait qu'un

élevage différentiel plus long puisse entraîner même chez les rongeurs, des

effets semblables à ceux que nous avons trouvés chez le chat. Cette hypothèse

est basée sur les observations suivantes. Cummins et collaborateurs ('82) ont

démontré que des souris élevées dans un milieu pauvre pendant 30 jours,

pèsent plus que celles du milieu riche comme cela a déjà été décrit chez le

rat. Cependant, cette différence n'est plus significative après 80 jours

d’élevage différentiel. Après 100 jours, les souris du milieu riche pèsent plus

que celles du milieu pauvre. On peut se demander pourquoi un temps plus

long inverse l'effet de l'environnement sur le poids du corps. Nous avons

remarqué que lors de la perfusion, les animaux pauvres avaient une masse

de tissu adipeux beaucoup plus grande que celle des animaux enrichis. Ces

126

derniers avaient une musculature plus développée. On peut donc penser que

le peu d'activité physique des animaux pauvres qui vivent isolés dans une

cage, entraîne rapidement une augmentation du montant de tissu adipeux.

Au cours de la maturation, la musculature de l'animal pauvre se développe

très peu. Par contre, chez l'animal enrichi, il n'y aurait pas d'augmentation

rapide de la masse adipeuse puisque ces animaux font beaucoup d'exercice.

Cela expliquerait que les animaux enrichis pèsent moins au début. A long

terme cependant, la masse musculaire des animaux enrichis deviendrait

plus importante et ainsi leur corps serait plus lourd que celui des pauvres.

Le poids de l'encéphale des chats enrichis est plus élevé que celui des

pauvres et cela est en accord avec les données obtenues chez le rat. Chez ce

dernier, la plupart des études ont démontré une différence de l'ordre 1 à 5%.

Pour notre part, nous avons démontré une différence de 7%. Cette différence

est plus élevée que la limite supérieure des résultats obtenus chez le rat.

Deux facteurs peuvent expliquer cette différence. Le premier est le temps

plus long de l'élevage différentiel. Le second, c'est que puisque la période de

maturation du cerveau du chat est plus longue que celle du rat, il se pourrait

que le cortex cérébral du chat est plus sensible à l'effet de la richesse de

l'environnement. On peut se demander pourquoi le milieu riche entraîne

une augmentation dans le poids de l'encéphale. Il est remarquable à ce point

de vue que si l'on considère l’effet de la richesse de l'environnement sur le

rapport poids de l'encéphale/ poids du corps, il n'y a aucune différence

significative entre les 2 milieux. En plus, nous avons trouvé une corrélation

positive entre le poids de l'encéphale et le poids du corps. Comme le poids de

127

l'encéphale dans les différentes espèces de vertébrés est déterminé

principalement par le poids du corps (Jerison '76; '85), on peut penser que

l'augmentation du poids de l'encéphale dans le milieu riche résulte tout

simplement de l'augmentation du poids du corps. Le cerveau aurait besoin

plus de tissu pour interpréter les informations et commander une masse

musculaire plus importante. Cela explique bien les différences entre les

espèces de vertébrés où il y a plus de cellules musculaires et une surface plus

grande à commander. Cependant, pour des individus de la même espèce,

cette explication ne semble pas correcte puisqu'on sait que l'entraînement

physique n'entraîne pas d'augmentation du nombre de cellules musculaires

(McDonagh et Davis '84) et qu'on peut supposer qu'il n’y a pas

d'augmentation très importante de la surface somatique. Il faut plutôt

penser à une modification des circuits cérébraux, pour assurer un

comportement plus complexe et mieux adapté. Nous suggérons que la

modification de la masse corporelle reliée à l'activité physique de l'animal a

lieu en parallèle à cette complexification du cerveau, sans qu'il n’y ait

d'influence directe de ces deux effets l'un sur l’autre.

Dans notre étude, l'environnement affecte la surface des hémisphères

cérébraux. Chez le chat enrichi, l'augmentation de la surface du cortex

cérébral vient de l'augmentation et de la longueur et de la largeur des

hémisphères cérébraux. Les études faites chez le rat ont démontré que les

effets de la richesse de l'environnement sur la surface du cortex cérébral

viennent principalement de l'augmentation de la longueur des hémisphères;

il y a très peu d'effets de l'environnement sur la largeur cérébrale. Cela peut

s'expliquer par le fait que chez le rat, la croissance en largeur des

128

hémisphères cérébraux est déjà terminée au début de la période d'élevage en

milieu pauvre et enrichi. On peut donc penser que chez le chat, la croissance

en longueur et en largeur du cortex cérébral n'est pas complétée au moment

du sevrage, c'est à dire à l'âge de 6 semaines, et ainsi la richesse

de l’environnement peut affecter ces paramètres.

Dans la présente étude, il y une corrélation significative entre la surface

du cortex cérébral et le poids de l'encéphale. Comme l'épaisseur corticale est

semblable dans les deux conditions expérimentales, l'augmentation de la

surface dans le milieu riche, implique donc une augmentation du volume du

cortex cérébral. Ainsi, l'augmentation du poids de l'encéphale chez l'animal

enrichi est due, en partie, à l'augmentation du volume du cortex cérébral.

Comme la longueur rostro-caudale de l'encéphale n'est pas affectée, on doit

même conclure que l'augmentation du poids de tout l'encéphale est

principalement due à celle du cortex cérébral. D'ailleurs, c'est ce qui a été

démontré chez le rat où les structures sous-corticales de l'animal enrichi

sont moins lourdes que celles de l'animal pauvre.

L2- Différences selon les portées ou selon les sexes

Nous avons démontré dans cette étude des différences significative entre

les portées à la fois sur le poids du corps, sur le poids de l'encéphale et sur le

rapport poids de l'encéphale/ poids du corps. On ne peut conclure si ces

différences entre les portées sont de nature génétique et familiale puisque

dans notre expérience nous avons trouvé des différences entre les sexes qui

pourraient bien expliquer celles que l'on démontre entre les portées. Ainsi, le

corps et l'encéphale des animaux mâles est plus lourd que celui des

129

femelles. On sait que ce dimorphisme sexuel est également présent chez

l'humain (Blinkov et Glezer '68). H est intéressant de constater que chez nos

animaux le rapport poids de l'encéphale/ poids du corps est cependant plus

bas chez les mâles. Cette dernière différence a aussi été décrite chez

l'humain (Stratz '26 cité dans Blinkov et Glezer '68). L'interprétation de ces

données est difficile.

130

2- FACTEURS QUI INFLUENCENT LA DENSITE NUMERIQUE DES

NEURONES ET DES SYNAPSES: EXPLICATION DES DIFFERENCES

INTERINDIVIDUELLES

2.1- Effets de la richesse de l'environnement sur le Nv des neurones

Chez le chat, comme chez le rat (Bhide et Bedi '84a; '84b; Turner et

Greenough '85), un élevage en milieu enrichi entraîne une diminution du

nombre de neurones par unité volumétrique de tissu. On se rappelle que

nous avions déjà démontré dans une étude récente, une différence

interindividuelle dans le Nv des neurones dans différentes aires visuelles.

Puisque la richesse de l'environnement influence le Nv neuronal dans l'aire

17 du chat, nous suggérons que des différences dans la richesse de

l'environnement puissent entraîner des différences interindividuelles dans

le Nv des neurones telles que celles que nous avions démontrées dans l'étude

précédente.

Le plus petit Nv des neurones chez l'animal enrichi signifie que les

corps cellulaires sont plus séparés les uns des autres. Cette faible densité des

corps cellulaires peut être due soit à une diminution du nombre total de

neurones dans l'ensemble du cortex visuel, soit à une augmentation de la

masse de tissu cortical. On sait qu'il y a une augmentation de la grosseur de

l'arbre dendritique des neurones du cortex visuel chez des rats enrichis. Des

arbres dendritiques plus développés amènent une séparation plus grande

des corps cellulaires, ce qui occasionne un plus petit Nv de neurones chez

l'animal enrichi. Cette augmentation de la dimension de l'arbre dendritique

pourrait aussi expliquer l’augmentation de la grosseur des noyaux des

neurones observée chez l'animal enrichi. La grosseur du noyau réflèterait de

131

quelque façon, la grosseur du cytoplasme du neurone. Dans une étude sur le

développement du cortex visuel du singe, O'Kusky et Cotonnier ('82b) ont

démontré que les noyaux des neurones sont plus gros chez des animaux âgés

de 6 mois tandis qu'ils sont plus petits chez l'adulte et le nouveau-né. Selon

ces auteurs, cette augmentation de la grosseur des noyaux des neurones

chez le singe âgé de 6 mois est due à l'augmentation de l'étendue et de la

complexité de l'arbre dendritique des neurones. Dans l'étude de O’Kusky et

Cotonnier, il est intéressant de noter qu'il y a une relation entre la grosseur

des noyaux des neurones et le volume de tissu cortical. Il faut admettre

cependant qu'il est assez difficile de comprendre d'un point de vue

fonctionnel et moléculaire pourquoi il y a correspondance entre

l'augmentation du cytoplasme d'un neurone et celle de son noyau.

Selon la morphologie de l'arbre dendritique, il y a dans le cortex visuel

trois catégories principales de cellules, les pyramidales, les étoilées avec

épines et les étoilées avec peu ou pas d'épines. H semble d'après Ribak ('78)

que les cellules qui contiennent du G ADA (dont on sait l'importance

fonctionnelle dans le cortex visuel; voir introduction) appartiennent au type

étoilé avec peu ou pas d'épines. Il serait intéressant de savoir la part qui

revient à chacun de ces trois types de cellules dans l'accroissement total des

arbres dendritiques qui entraîne une chute du Nv des neurones chez

l'animal enrichi.

Même s'il y a une augmentation (non significative) de l'épaisseur du

cortex visuel chez les animaux enrichis, le nombre de neurones sous 1 mm2

de surface corticale demeure significativement plus petit chez l'animal

enrichi. Donc l'épaisseur ne compense pas pour le plus petit Nv. Cela

132

suggère deux choses, soit qu'il y a perte du nombre absolu de neurones dans

tout le volume du cortex visuel, soit qu'il y a augmentation de ce volume chez

l'animal enrichi. Cette dernière hypothèse est plus probable puisqu'il y a une

augmentation de la surface des hémisphères cérébraux. Chez l'animal

enrichi, l'augmentation de la surface du cortex visuel peut donc compenser

pour le petit Ne. H est impossible de faire des calculs satisfaisants quant aux

nombres absolus de neurones présents dans l'aire visuelle de ces animaux

puisque nous n'avons pas de mesures de la superficie du cortex visuel. De

plus, le pourcentage de différence calculé pour l'ensemble de la surface du

cortex cérébral n'est pas directement applicable au cortex visuel puisqu'on a

démontré chez le rat que les différentes aires cytoarchitecturales réagissent

différemment à un élevage différentiel. Comme chez le rat, c'est le cortex

visuel qui est le plus affecté, il est raisonnable de penser qu'il y a

augmentation du volume du cortex visuel et que le moins grand Nv

représente une dilution d'un nombre identique de neurone dans un volume

plus grand. Cette hypothèse a déjà été énoncée par Diamond et

collaborateurs ('66) à la différence que, selon ces auteurs, la plus faible

densité de neurones chez le rat enrichi est presque totalement compensée

par l'épaisseur de son cortex visuel. D'après nos données chez le chat, la

compensation se fait surtout par l'expansion de la surface du cortex. En

conclusion, on peut suggérer que le plus petit nombre de neurones par unité

volumétrique de tissu chez l'animal enrichi est le résultat d'une dispersion

d'un nombre semblable de neurones dans un volume plus grand, et qu'un

environnement riche en stimulation n’entraîne pas une mort cellulaire plus

marquée mais plutôt une expansion des arbres dendritiques et un plus

133

grand volume cortical.

On sait que le cortex visuel du chat est organisée en colonnes de

dominance oculaire et en colonnes d'orientation (Hubel et Wiesel '65). Ces

colonnes ont pu être démontrés anatomiquement par l'injection d'un traçeur

radioactif dans un oeil ou bien par la technique de déoxyglucose. Suite à

l'augmentation de la surface corticale chez l'animal enrichi, nous devrions

avoir une augmentation soit du nombre, soit de la largeur des colonnes de

dominance oculaire et des colonnes d'orientation. Il faut cependant admettre

qu’une telle démonstration anatomique serait très difficile à réaliser avec ces

techniques puisqu'on peut estimer que les colonnes seraient à peine 10 à 15%

plus larges ou plus nombreuses dans l'aire 17 de l'animal enrichi.

Dans les lames corticales, certaines études faites chez le rat ont indiqué

que l'épaisseur et le Nv neuronal des lames supragranulaires (I-II-III) sont

plus affectées par un élevage en milieu riche que ceux des autres lames.

Dans notre étude chez le chat, nous ne trouvons pas de différences plus

marquées pour l'une ou l'autre des lames individuelles ni pour des groupes

de lames corticales. Leur Nv et leur épaisseur sont affectées à peu près

également par un élevage différentiel. Chez le chat, la richesse de

l'environnement a donc un effet global sur le cortex visuel et n'est pas

restreinte à une portion spécifique de la lamination corticale.

2.1.1- Comparaison du nombre de neurones avec celui obtenu dans d'autres

études chez le chat

Peu d'auteurs ont calculé la densité numérique des neurones dans

l'épaisseur totale de faire 17 du chat (Beaulieu et Colonnier '83; Cragg '75).

134

Cragg a déterminé qu'il y a en moyenne 42,500 neurones par mm3 de tissu

en comptant les noyaux sur des sections congelées et en appliquant la

correction d’Abercrombie (’46). Beaulieu et Colonnier ont calculé pour la

région binoculaire de l'aire 17, un Nv des neurones de l'ordre 48,000 par

mm3 sur des sections semifines en employant une méthode stéréologique.

Dans la présente étude, nous avons calculé un Nv de 47,000 neurones par

mm3 chez les animaux enrichis et de 57,000 par mm3 chez les chats pauvres

avec la même méthodologie que celle que nous avons employée

précédemment. La différence entre les résultats de Cragg et de ceux de

Beaulieu et Colonnier est relativement petite puisque ces chiffres ont été

calculé en utilisant 2 méthodes différentes, sur différents types de

préparation et dans 2 laboratoires différents. Dans l'étude de '83, nous

n'avions pas contrôlé les conditions d'élevage. Cependant les résultats se

rapprochent du Nv moyen des animaux enrichis obtenus dans la présente

étude. On peut proposer à ce stade-ci de l'étude que la plupart des chats

utilisés dans le travail de '83 ont été élevés dans des environnements

relativement riche en stimulations diverses. Il serait surprenant en effet

qu'ils aient été élevés dans des conditions d'isolation comme celles de nos

animaux pauvres.

Rockell et collaborateurs ('80) ont trouvé une moyenne de 109.8 neurones

sous 30 x 25 pm de surface corticale dans le cortex visuel du chat. Ce chiffre

a été calculé sur des coupes de tissu enrobé à la paraffine. Il correspond à un

Ne de 146,400 neurones. Dans notre étude de '83, nous avons trouvé un Ne de

78,000 neurones pour la région binoculaire et de 62,000 neurones pour la

région monoculaire. Nous estimons que la grande différence entre les

135

chiffres absolus obtenus dans l'étude de Rockell et collaborateurs et dans la

nôtre pouvait provenir du fait que nous avons fait des corrections pour le

rétrécissement du tissu tandis que Rockell et collaborateurs ont donné des

chiffres bruts. Dans la présente étude, nous avons trouvé un Ne de l'ordre de

82,000 chez l'enrichi et de 97,000 chez le pauvre. Le Ne de l'animal enrichi se

rapproche sensiblement de celui calculé dans notre étude précédente. Encore

une fois, nous pouvons donc penser que les animaux utilisés dans l'étude de

'83 provenaient principalement de milieux relativement riches en

stimulations.

Rockell et collaborateurs affirment que le nombre de neurones sous une

unité de surface corticale est le même dans six aires cytoarchitecturales chez

cinq espèces (excepté dans l'aire 17 des primates). Ainsi d'après eux, le

nombre de neurones sous une unité de surface corticale aurait été

déterminée génétiquement, tôt dans l'évolution des espèces animales et seule

l'aire 17 des primates déroge à cette règle. Nous avons également trouvé

récemment que les Ne neuronaux des aires 18 et PMLS (aires paravisuelles)

et de la région monoculaire de l'aire 17 du chat sont très semblables entre

eux (Beaulieu et Colonnier '85). Dans la présente étude, nous avons trouvé

cependant que le Ne des neurones de l'aire 17 est 15% moins élevé chez

l’animal enrichi que chez le pauvre. Ce résultat va l’encontre de l'hypothèse

de Rockell et collaborateurs sur l'aspect purement génétique de la régulation

du nombre de neurones sous une unité de surface corticale. Ce nombre

dépend aussi de facteurs reliés à l'environnement.

136

2.2- Effets de la richesse de l'environnement sur le Nv des synapses

L'influence la plus marquée de l'environnement est sur le Nv des synapses à

vésicules aplaties. Ce dernier est 45% plus petit chez l’animal enrichi que

chez l'animal pauvre ou encore on peut dire qu'il y a presque deux fois plus

de synapses à vésicules aplaties par unité volumétrique dans le cortex visuel

des chats pauvres. Dans l'étude où nous avons trouvé une différence

interindividuelle dans le Nv des synapses à vésicules aplaties, le coefficient

de variation était de l'ordre de 30%. Dans la présente étude, ce coefficient de

variation tombe à 9% dans le milieu riche et à 6% dans le milieu pauvre. Si

nous compilons ensemble les résultats des Nv des synapses à vésicules

aplaties sans nous soucier des 2 conditions expérimentales, on obtient un Nv

moyen de 57 ± 18 millions par mm3. Dans ce cas, le coefficient de variation

est aussi de l'ordre de 30%. La différence dans le Nv des synapses à vésicules

aplaties entre les animaux pauvres et enrichis aussi bien que la réduction du

coefficient de variation dans chacun des deux groupes d'animaux

démontrent que des différences dans la richesse de l'environnement étaient

en grande partie responsables des différences interindividuelles dans le Nv

des synapses à vésicules aplaties que nous avions vues dans l'étude

précédente.

H est intéressant de noter que le Nv des synapses à vésicules aplaties le

plus grand que l'on peut retrouver parmi tous les animaux pauvres, est plus

élevé que le Nv le plus grand qui a été calculé parmi ceux des animaux qui

faisait partie de l'échantillonnage de l'étude où l'on a démontré des

différences interindividuelles. De plus, le Nv des synapses à vésicules

aplaties le plus bas qui a été calculé parmi les animaux enrichis de la

137

présente étude, n'est pas aussi petit que le Nv le plus bas retrouvé parmi les

animaux de l'étude précédente. De ces observations, on peut supposer que

l'animal le plus enrichi parmi tous nos animaux qui ont vécu dans le milieu

riche, ne l'était pas autant que les animaux les plus enrichis de l’étude

précédente. Aussi, l’animal le plus pauvre dans la présente étude, l’était

plus que l’animal le plus pauvre de l'étude précédente. Cela suggère que

certains animaux que nous avons utilisés dans l'étude précédente, ont vécu

dans des milieux où l'environnement était plus riche (peut être s'agissait-il

de chats élevés par exemple sur une ferme avec beaucoup d'autres animaux)

que ceux de notre colonie. De plus, aucun animal de l'étude précédente n'a

vécu dans un milieu aussi pauvre que notre milieu isolé.

L'effet de la richesse de l'environnement sur le Nv des vésicules aplaties

constraste avec le peu d'effet sur le Nv des synapses à vésicules rondes. Pour

l'épaisseur totale du cortex visuel, une petite diminution de 3% du Nv des

synapses à vésicules rondes dans le milieu riche n'est pas significativement

différente du milieu pauvre. Dans l'étude précédente sur les synapses, le

coefficient de variation pour le Nv de ce type de synapses était de l'ordre de 6 à

8%. Dans la présente étude, ce coefficient est de 5% chez l'animal enrichi et

de 2% chez l'animal pauvre. Ces diminutions de la variation entre les

différents chats pour un milieu donné suggèrent que l'environnement a un

effet sur le Nv de ce type de synapses. Si cet effet existe, il est évidemment

plus petit que celui sur le Nv des synapses à vésicules aplaties et ne peut être

démontré avec le nombre d'animaux utilisé dans la présente étude. Quoiqu'il

en soit, notre étude démontre clairement que les effets de la richesse de

l'environnement sur le Nv des synapses à vésicules aplaties et l'absence

138

d’effet sur celui des synapses à vésicules rondes expliquent le fait que nous

avons trouvé des différences interindividuelles pour l'un et non pour l'autre

type de synapses dans notre étude précédente.

On note que le coefficient de variation est plus grand dans le milieu riche

pour les 2 types de synapses. Cette plus grande variabilité peut venir du fait

que durant l'expérience, le montant de stimulation a pu varier dans le

milieu riche, suite par exemple, au nombre variable d'animaux qui se

trouvait dans le milieu à différentes époques. Les conditions dans le milieu

pauvre étaient beaucoup plus uniformes.

H est intéressant de constater qu'il y a des indications dans la littérature

que certaines manipulations expérimentales entraînent une augmentation

de la densité numérique des synapses symétriques à vésicules aplaties dans

le cerveau. Ainsi, la lésion du thalamus dans le cerveau de la tortue entraîne

une augmentation du Nv de ce type de synapses (Smith et Ebner '80).

Rutledge ('78) a décrit qu’en isolant le cortex cérébral par une section de la

matière blanche, il y a une augmentation de la densité numérique des

synapses symétriques à vésicules aplaties. De plus, Lund et Lund (71) ont

décrit une augmentation de la proportion de ce type de synapses dans le

collicule supérieur suite à une énucléation. Donc, on s'aperçoit que si l'on

prive une structure cérébrale d'une partie de ses afférences, il en résulte une

augmentation du nombre ou de la proportion de synapses symétriques à

vésicules aplaties.

2.2.1- Comparaison du nombre de synapses calculé dans la présente étude

avec celui obtenu dans d'autres travaux faits chez le chat

139

Dans la littérature, il y a quelques auteurs qui ont calculé le nombre de

synapses dans le cortex visuel du chat. Selon Cragg (75), il y aurait 406

millions de synapses par mm3 de tissu dans l'aire 17 du chat. Pour sa part,

Winfield ('81; '83) a calculé un plus petit Nv de l'ordre de 276 millions par

mm3. Dans une étude récente, Beaulieu et Colonnier ('85) ont trouvé, pour la

région binoculaire de l'aire 17 du chat, un Nv très semblable à celui de

Winfield, c'est à dire de 284 millions par mm3 de tissu. Dans l'étude

présente, nous avons calculé chez l'animal enrichi un Nv de toutes les

catégories de synapses de 286 millions (somme des synapses à vésicules

rondes, à vésicules aplaties et des inconnus). Il est difficile de savoir

pourquoi nos résultats et ceux de Winfield sont si différent de ceux de Cragg.

H semble que ce ne soit pas une question d'estimation du degré de

rétrécissement puisque et Cragg et Winfield donnent leurs résultats bruts. Il

ne semble pas non plus que ce soit la méthode de calcul puisque Winfield a

employé la même méthode que Cragg. Quoiqu'il en soit, je crois qu'il est

raisonnable d'estimer le Nv de toutes les catégories de synapses dans le

cortex visuel du chat à environ 250 à 300 millions par mm3.

Winfield ('81; '83) a estimé séparément le Nv des 2 types de synapses. Il a

trouvé 235 millions de synapses à vésicules rondes et 16 millions de synapses

à vésicules aplaties par mm3 de tissu, ces dernières ne représentant que 6%

du total. Dans notre étude précédente nous avons trouvé 235 millions de

synapses à vésicules rondes et 44 millions de synapses à vésicules aplaties.

Dans la présente étude nous avons calculé un Nv de 246 millions de synapses

à vésicules rondes et de 41 millions de synapses à vésicules aplaties chez

l'animal enrichi. Les synapses à vésicules aplaties représente ici 14% de tous

140

les synapses. La différence entre nos résultats et ceux de Winfield peuvent

s’expliquer de deux façons. Il se pourrait que Winfield analyse des animaux

élevés dans des milieux très enrichis. Par ailleurs, Winfield ne calcule pas

la longueur des synapses mais emprunte la valeur de la longeur que Cragg a

mesuré pour l'ensemble des synapses, qui sont en majeure partie du type à

vésicules rondes. Comme nos études démontrent que les synapses à

vésicules aplaties sont moins longues que celles à vésicules rondes, Winfield

a sûrement sous-estimé le Nv des synapses à vésicules aplaties. Winfield a

fait aussi des comptes chez l'animal adulte privé de vision par la suture

d'une paupière ou des 2 paupières. Il ne donne pas de chiffres exacts mais à

l'aide d'un graphique comparant un animal dans chaque situation

expérimentale avec un animal normal, il soutient que la privation de vision

amène une diminution (non significative) du Nv des synapses à vésicules

aplaties. Si l'on assume que l'élevage en milieu isolé a des effets comparables

à ceux obtenus avec une privation de la vision, il semble que ce résultat est

opposé au nôtre. Comme les données de Winfield n'ont été obtenu que sur un

seul individu dans chacune des 2 conditions de privation, il faut attendre des

données plus complètes avant d'essayer d'expliquer ces divergences.

2.2.2- Distribution des synapses à vésicules rondes et à vésicules aplaties sur

les épines, les dendrites et les somas

Pour l'épaisseur totale du cortex des chats pauvres et enrichis, les trois

quarts des synapses à vésicules rondes se font sur les épines, un quart se fait

sur les dendrites et moins de 1% sont sur les corps cellulaires. La

distribution de ce type de synapses sur ces différents éléments

141

postsynaptiques est en accord avec les données de la littérature (voir revue

par Colonnier '81 ).

La proportion des synapses à vésicules aplaties sur les différents

éléments post-synaptiques demeure relativement constante dans les deux

milieux. La plupart des contacts se font sur les dendrites (de 62 à 66%), il y en

a moins sur les épines (25%) et encore moins sur les corps cellulaires (de 10 à

13%). On remarque cependant que contrairement à cette constance dans la

proportion des synapses à vésicules aplaties sur les différents éléments

postsynaptiques, le Nv de ce type de synapses sur les épines, dendrites ou

somas est très différent entre les deux conditions expérimentales (même si la

différence n'est pas significative pour les synapses axo-somatiques). Donc, la

diminution du Nv chez l'enrichi se fait à la fois et à des degrés

correspondants sur les épines, les dendrites et les somas. La constance de la

proportion de synapses à vésicules aplaties sur les épines ou les dendrites ou

les somas entre les deux milieux, se retrouve au niveau de chaque lame

corticale. La richesse de l'environnement peut donc entraîner des

différences interindividuelles dans le Nv des synapses à vésicules aplaties

tant sur épines, sur dendrites que sur somas.

Cette distribution des synapses à vésicules aplaties sur épines,

dendrites et somas est très semblable à celle que nous avions observée dans

notre étude précédente. Cette répartition de ce type de synapses sur les

éléments postsynaptiques peut paraître surprenante par rapport à la

littérature qui précède nos travaux (voir revue par Colonnier '81). Cette

littérature a toujours insisté sur le fait que la majorité des contacts

synaptiques sur les épines sont de type à vésicules rondes tandis que les

142

contacts sur somas sont du type à vésicules aplaties, ce qui laisse croire que

la plupart des synapses à vésicules aplaties sont sur les somas. D'après nos

résultats, l'observation originale est correcte: nous pouvons calculer que les

synapses à vésicules aplaties représente seulement 5% et 9% (riche et pauvre

respectivement) de tous les contacts sur épines, tandis quelles forment 86 et

88% de toutes les synapses sur somas. La majorité des contacts sur épines

est donc du type à vésicules rondes et sur les somas, du type à vésicules

aplaties. Cependant, il y a tellement plus d'épines que de corps cellulaires

que lorsqu'un compte total de synapses est fait, le Nv des synapses à

vésicules aplaties sur épine et dendrites est plus élevée que sur les somas.


En plus des différences du Nv qui sont attribuables aux milieux, le Nv

des neurones et des synapses à vésicules aplaties présentent des différences

entre les portées. Puisque ces Nv ne sont pas significativement différents

entre les mâles et les femelles, on peut penser que ces différences sont de

nature génétique ou familiale. Donc, en plus de la richesse de

l'environnement, des différences génétiques et familiales peuvent entraîner

des différences interindividuelles telles que celles démontrées dans nos

études précédentes. Cependant la grande différence entre les deux milieux et

la réduction marquée du coefficient de variation du Nv des synapses à

vésicules aplaties dans chacunes des deux conditions expérimentales,

démontre que la richesse de l'environnement demeure le principal facteur

de variation entre les animaux.

143

3- FACTEURS QUI INFLUENCENT LE NOMBRE DE SYNAPSES PAR

NEURONE ET LEUR LONGUEUR: SIGNIFICATION FONCTIONNELLE

DU CHANGEMENT DES CIRCUITS SYNAPTIQUES DANS LE CORTEX

VISUEL

3.1- Effets de la richesse de l'environnement

Puisque chez l'animal enrichi, la chute du Nv des neurones est

probablement due à de plus grands arbres dendritiques, il aurait été logique

de penser que le fait que le plus petit Nv des synapses à vésicules aplaties

n'est qu’une dilution d'un nombre identique de ce type de contacts sur de

plus grands arbres dendritiques. Cependant, ce n'est pas le cas puisque le

nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone demeure toujours plus

bas chez l'animal enrichi (différence de l'ordre de 34%). Pour les synapses à

vésicules rondes, il est évident que le fait que leur Nv est identique dans les

deux conditions et qu'il y a une chute du Nv des neurones chez l'enrichi

résulte en un plus grand nombre de synapses à vésicules rondes par

neurone. Dans le cortex visuel du chat enrichi, il y a donc un plus petit

nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone et un plus grand

nombre de synapses à vésicules rondes par neurone. Chez le rat, Turner et

Greenough ('85) ont démontré un pourcentage de différence similaire pour

les synapses à vésicules rondes par neurone. L'environnement a donc des

effets semblables sur le nombre de synapses à vésicules rondes dans les deux

espèces. On sait que chez le rat, aucune étude n'est disponible sur le nombre

de synapses à vésicules aplaties.

La surface des zones actives des synapses à vésicules aplaties par

neurone est la même dans les 2 conditions environnementales. Ce résultat

144

surprenant vient du fait que chez l'animal enrichi, le Nv des synapses à

vésicules aplaties est beaucoup plus bas et que les contacts de ce type de

synapses sont plus longs. Si l'on assume que les récepteurs sont distribués

également sur la membrane postsynaptique, on peut donc penser que même

s'il y a une diminution importante du nombre de synapses à vésicules

aplaties par neurone chez l'enrichi, le nombre de récepteurs GABAergiques

demeure le même. On n'aurait chez l'animal enrichi qu'une redistribution

d'un même nombre de récepteurs sur le neurone cible.

Il faut noter cependant que cette constance de la surface des contacts sur

un neurone n'existe que pour les synapses à vésicules aplaties. La surface

occupée par les contacts des synapses à vésicules rondes est plus élevé chez

l’animal enrichi. Cette donnée se comprend facilement puisque la longueur

de ce type de contacts ne change pas entre les 2 milieux, mais que leur

nombre par neurone augmente. Toujours en assumant que les récepteurs

sont réparties uniformément à la membrane postsynaptique de la synapse, le

nombre de récepteurs pour les contacts faits par les boutons qui contiennent

des vésicules rondes, serait plus élevé chez l'enrichi. Les effets différentiels

de la richesse de l’environnement sur la surface des zones actives par

neurone de ces deux types de synapses semblent donc indiquer que les

mécanismes moléculaires qui sont impliqués dans les processus plastiques

durant les périodes critiques du développement sont très différents entre ces

deux types de synapses.

Comment se compare nos résultats avec les hypothèses de Hebb ('49) et

de Changeux et Danchin (76) sur les changements synaptiques impliqués

dans les processus de l'apprentissage? Selon l'hypothèse de Hebb,

145

l'apprentissage entraîne la formation de nouvelles synapses. Si l'on assume

que Hebb voulait dire nombre de synapses par neurone, cette hypothèse est

donc vrai pour les synapses à vésicules rondes où l'on a effectivement

démontré une augmentation du nombre de ces synapses par neurone.

Cependant, l'hypothèse ne serait pas valable pour les synapses à vésicules

aplaties, puisqu'il y a une chute du nombre de ces synapses par neurone.

Hebb propose de plus que les contacts synaptiques peu utilisés s'atrophient

tandis que ceux qui servent le plus deviennent plus efficaces. Nous n'avons

aucune indication de changement de taille, ni aucun autre indice pouvant

impliquer des changements d'efficacité des synapses à vésicules rondes.

Toutefois, on peut penser que les synapses à vésicules aplaties sont plus

efficaces dans le milieu riche puisque ces contacts sont plus longs. Plus

récemment Changeux et Danchin proposent que durant le développement,

les récepteurs se redistribuent préférentiellement vers les synapses les plus

utilisées. Cette hypothèse est en accord avec nos résultats sur les synapses à

vésicules aplaties. Cependant, pour l'autre type de synapses, on peut penser

à une augmentation du nombre plutôt qu'une redistribution des récepteurs.

Il semble donc que les hypothèses de Hebb et de Changeux et Danchin ne sont

valables que pour l'un ou l'autre des deux types de synapses et qu'une théorie

sur les mécanismes de l'apprentissage devra tenir compte des deux types de

synapses. Nous énoncerons une telle théorie plus loin dans le texte mais

auparavant, il nous faut considérer d'autres éléments qui permettront de

mieux la présenter.

Quoique Houser et collaborateurs ('86) ont remarqué que les synapses

cholinergiques dans le cortex cérébral ont une différenciation symétrique des

146

membranes synaptiques, il apparaît cependant que la grande majorité des

synapses symétriques sont GABAergiques (Wolff et coll. '84; Somogyi et coll.

'85). Selon ces derniers auteurs, 90% des synapses du type symétrique

seraient GABAergiques. Des auteurs ont démontré qu'il n'y a pas de

différences dans la concentration de G AD ou dans la concentration de

sites de liaisons du GABA par gramme de protéines chez des rongeurs

élevés dans des milieux pauvres et enrichis (DeFeudis et coll. '75; Geller et

coll. ’65). Ces données semblent donc contredire nos résultats sur le Nv des

synapses à vésicules aplaties qui sont en grande majorité GABAergiques.

Nous avons cependant démontré que la surface des zones actives par

neurone ne change pas entre les deux milieux. Ce résultat peut expliquer du

moins en partie pourquoi il n'y a pas de différences dans le nombre de sites

de liaison du GABA. De plus, la similitude de la quantité de G AD dans les

deux conditions expérimentales peut s'expliquer de la façon suivante. Au

cours de l'expérience, nous nous sommes aperçu après quelques animaux

que le Nv des synapses à vésicules aplaties était presque deux fois plus élevé

chez l'animal pauvre. Nous avons donc pensé qu'une si grande différence

pourrait être vue en immunohistochimie du G AD, même si cette méthode

n'est pas très sensible du point de vue quantitatif. Nous avons donc incubé

des sections de tissu de l'aire 17 prélevées chez trois paires d'animaux. A

partir de ces quelques préparations, nous nous sommes aperçus qu'il y a très

peu de différence dans le degré de marquage de boutons GABAergiques entre

les deux conditions expérimentales. Ces quelques préparations ont par

conséquent semblé confirmer les résultats de Geller et de DeFeudis sur le fait

que la quantité de G AD ne change pas entre les animaux pauvres et

147

enrichis. Il faut se rappeler cependant que nous avons estimé le nombre de

contacts synaptiques et non le nombre de boutons. H semble donc que le

grand nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone n'est pas due à

une augmentation du nombre de boutons qui font des contacts synaptiques

sur les neurones, mais plutôt à une augmentation du nombre de contacts

synaptiques faits par les boutons. Cette augmentation du nombre de contacts

synaptiques par les boutons GABAergiques pourrait ne pas impliquer de

changements dans la quantité de GAD ou de GABA dans le cortex

d'animaux pauvres. Pour vérifier ces hypothèses, durant ma rédaction de

thèse, j'ai repris toutes les photographies en microscopie électronique sur

lesquelles nous avons estimé le Nv des contacts synaptiques mais cette fois-ci

j'ai calculé le Nv des boutons qui contiennent des vésicules aplaties (boutons

de type F). Les résultats généraux de cette étude apparaissent à l'annexe 4

sous la forme d'un résumé de communication. Il apparaît que le Nv des

boutons de type F est plus élevé (de l'ordre de 21%) chez l’animal pauvre.

Cependant, cette augmentation est beaucoup moins grande que celle calculée

pour le Nv des synapses à vésicules aplaties (83%). Par conséquent, c’est

principalement le nombre de contacts synaptiques par boutons de type F qui

change entre les deux conditions expérimentales.

En dépit des nombreux travaux démontrant des différences dans

l'anatomie du cortex visuel d’animaux pauvres et enrichis, il n'y a jamais

eu d'analyse physiologique des propriétés des champs récepteurs des

neurones visuels. Nous ne pouvons donc que spéculer au sujet de la

signification fonctionnelle de nos résultats. On peut assumer que la plupart

des synapses à vésicules aplaties sont inhibitrices et que les synapses à

148

vésicules rondes sont excitatrices (Colonnier '81). D'après nos résultats sur

les synapses, l'environnement entraîne une modification de l'équilibre

excitateur/ inhibiteur. C'est ce changement d'équilibre qu'il faut considérer

pour faire des hypothèses valables sur les changements de la fonction du

cortex visuel qui peuvent survenir suite à un élevage différentiel. Chez

l’animal pauvre, il y a un plus grand nombre de synapses inhibitrices,

associé avec une diminution des synapses excitatrices par neurone. Ces

résultats suggèrent que les neurones du cortex visuel des chats pauvres

seraient moins réactifs aux stimuli visuels. Cela ferait que le cortex visuel

d'un animal élevé dans un milieu pauvre se rapproche de celui d'animaux

immatures puisqu'on a démontré chez ces derniers, une réactivité très basse

des neurones aux stimuli visuels. Le cortex des animaux pauvres pourraient

donc être à un stade moins avancé de maturation et les animaux enrichis

auraient un cortex visuel plus mature physiologiquement.

B. est intéressant de noter que les neurones du cortex visuel de chats

privés de vision ont aussi une faible réactivité aux stimuli visuel; aussi,

peut-on penser que le cortex de nos animaux pauvres ressemble à ceux

privés de vision. Mower et collaborateurs (’85) ont démontré que si l'on

applique de la bicuculline (inhibiteur du GABA) aux neurones du cortex

visuel d'animaux qui ont une privation visuelle monoculaire ou un

strabisme, on obtient une plus grande proportion de neurones qui est affectée

comparativement à l'animal normal. Par conséquent, ils ont suggéré que la

diminution de la réactivité des neurones chez les animaux privés de vision

est due à une augmentation de l'inhibition. D’autres études ne vont pas dans

le même sens. Ainsi, Bear et collaborateurs ('85) croient que la diminution de

149

la proportion de neurones qui répondent à l'oeil privé de vision n'est que le

reflet de la diminution des afférences géniculo-corti cales de cet oeil,

afférences qui sont excitatrices. Ces derniers auteurs en sont venus à cette

hypothèse parce qu'ils n'ont pas trouvé de changements dans la

concentration de CAD chez des animaux qui ont une suture d'un oeil.

D'autre part, il y a des indications dans la littérature que le marquage des

boutons et des neurones GABAergiques diminuent chez les rats et les singes

qui ont eu une énucléation ou la suture d'une paupière (Ribak et coll. '86;

Hendry et Jones '86). Ces dernières études et celle de Bear et collaborateurs

semblent donc contredire l'hypothèse de Mower et aussi notre suggestion que

le cortex visuel des animaux pauvres pourrait se rapprocher de celui d'un

animal privé de vision. H est cependant important de se rappeler que les

résultats que nous avons obtenu dans la présente étude sont des estimations

du nombre de contacts synaptiques. Une différence dans le nombre de

contacts formés par des boutons axonaux n'implique pas nécessairement

une différence dans le nombre de boutons, dans le nombre de vésicules, ni

dans le montant de G AD ou de GABA. On a démontré plus haut que le

nombre de boutons qui contiennent des vésicules aplaties est beaucoup moins

affecté que le nombre de contacts synaptiques de ce type. Nous suggérons

donc que la privation de la vision chez les chats pourraient entraîner une

augmentation du nombre de contacts synaptiques par boutons de type F

comme nous l'avons démontré chez l'animal pauvre. Cette suggestion est

facilement vérifiable en faisant des comptes du nombre de synapses à

vésicules aplaties chez des animaux privés de vision.

Comme nous l'avons vu dans l'introduction, la sélectivité à l'orientation

150

et à la direction dépend du G AB A. Chez nos animaux pauvres, l'altération

du nombre et de la longueur des synapses GABAergiques laisse supposer

que la sélectivité à l'orientation et à la direction est affectée. Mais comment?

Dans le paragraphe précédent, nous avons suggéré que les neurones du

cortex visuel d'un animal pauvre ont une réactivité aux stimuli visuels

semblable à celle de l'animal jeune. Chez ce dernier, la sélectivité à

l'orientation est peu précise et seulement quelques neurones sont sélectifs à

la direction. La maturation du cortex entraîne chez un chat normal une plus

grande proportion de neurones sélectifs à l'orientation et à la direction du

stimulus visuel et parmi les neurones qui sont sélectifs à l'orientation, une

plus grande précision de cette sélectivité. Buisseret et Singer ('83) ont

démontré que cette maturation est améliorée par l'attention que les animaux

portent à leur environnement. De plus, d'une manière simplement intuitive,

il semble logique de penser que les neurones du cortex visuel de l'animal

enrichi sont plus sélectifs puisque ces derniers doivent être amenés à faire

des discriminations plus subtiles des stimuli de leur environnement. La

moins grande précision de la sélectivité à l'orientation et à la direction chez

l'animal pauvre devrait être le résultat d'une faible efficacité des contacts

inhibiteurs. Nous avons trouvé dans la présente étude que la longueur des

contacts des synapses à vésicules aplaties est plus petite dans un milieu

pauvre et cela est compatible avec l'idée d'une moins bonne efficacité des

connexions inhibitrices. Toutefois le fait que nous avons trouvé un nombre de

synapses à vésicules aplaties plus grand dans le milieu pauvre semble être

en contradiction avec l'hypothèse. Il ne faut pas oublier cependant que nous

avons calculé que la surface des contacts des synapses à vésicules aplaties

151

par neurone n'est pas affectée par le milieu, et l'on sait que chez le rat le

montant de G AD et de sites récepteurs du GABA n'est pas affecté par

l'environnement. La "puissance" du système GABAergique ne devrait pas

logiquement être diminuée dans le cortex visuel de l'animal enrichi. Nous

devons plutôt penser a une restructuration de la connectivité GABAergique.

En principe, cette restructuration peut avoir lieu aussi bien par la

soustraction que par l'addition de synapses. Il y a durant une certaine

période du développement postnatal une surabondance du nombre total de

contacts synaptiques dans le cortex visuel du chat. En assumant qu'une telle

surabondance existe spécifiquement pour les synapses à vésicules aplaties,

l'environnement enrichi entraînerait une plus grande réduction de la

surabondance de ces contacts. Cet élagage serait une partie essentielle du

réarrangement structural des circuits inhibiteurs responsables des

propriétés des champs récepteurs des neurones visuels.

Ainsi, dans le cortex de l'animal enrichi, le plus petit nombre de

synapses à vésicules aplaties (et l'augmentation correspondante du nombre

de synapses à vésicules rondes par neurone) résulterait en une

augmentation de la réactivité des neurones du cortex visuel et en une

augmentation de la fine précision des propriétés d'orientation et de direction.

Ces augmentations seraient dues à l'attention accrue que doivent porter les

animaux en milieu riche à leur environnement. Il est intéressant de

constater que dans les études qui ont comparé l'animal privé de vision et le

normal, la moins grande réactivité des neurones aux stimuli visuels chez

des chats privés de vision (présumément due du moins en partie à une

augmentation de l'inhibition) est ordinairement accompagnée par une

152

diminution de la précision des propriétés d'orientation. La diminution de la

binoculari té du cortex visuel du chat suturé d'une paupière ou qui souffre

d'un strabisme s'accompagne aussi d'une diminution de la précision de la

sélectivité à l'orientation et à la direction.

Nous croyons que les différences que nous avons retrouvées entre les

deux types de synapses pourraient s'expliquer par l'hypothèse suivante: Les

mécanismes moléculaires qui soustendent la restructuration des circuits

excitateurs permettent la multiplication des récepteurs tandis que les

modifications des circuits inhibiteurs doivent s'opérer sans changer le

nombre de ces récepteurs. Selon cette hypothèse, il est facile de restructurer

l'organisation des circuits excitateurs, tout simplement en augmentant le

nombre de synapses aux endroits appropriés. Pour les synapses inhibitrices,

il faut que l'augmentation de l'inhibition aux endroits appropriés se fasse

aux dépens des synapses moins utilisées. Si ces dernières s'atrophient au

point de disparaître, il en résulte une diminution du nombre de synapses

inhibitrices. Par contre, la surface des membranes synaptiques individuelles

s'agrandit. Telle que nous l'avons formulée, notre théorie s'applique

directement pour les synapses excitatrices et inhibitrices chez l'individu

adulte. Chez celui-ci, il est facile de comprendre que l'augmentation de

l'efficacité des circuits excitateurs se fasse par l'addition de synapses par

neurone tandis que l'efficacité des circuits inhibiteurs s'accomplit par

l'hypertrophie de certaines synapses au dépens des autres. Durant le

développement, toutefois, la séquence des évènements doit être quelque peu

différente. En effet, on sait que chez le jeune chaton, il y a une surabondance

de contacts synaptiques suivie plus tardivement d'un élagage des synapses

153

surnuméraires. Si cette surabondance et cet élagage s'applique pour les

deux types de synapses, il faut penser que l'élagage des contacts excitateurs

serait moins grand lorsque ces synapses sont plus actives. Par contre,

l’apprentissage entraîne un élagage plus marqué des synapses inhibitrices

précisément parce que le nombre de ses récepteurs ne peut être maintenu

au-delà d'un certain seuil chez l'adulte. Pour expliquer cela, nous

reformulons notre théorie en suggérant que les changements observés sont

dûs au fait que le nombre de récepteurs excitateurs possible chez l'adulte est

variable tandis que le nombre de récepteurs inhibiteurs ne peut dépasser un

certain seuil. On peut retructurer les circuits excitateurs en maintenant un

plus grand nombre de synapses. Pour les synapses inhibitrices, celles qui

sont le plus utilisées s'approprient les récepteurs inhibiteurs. Dans le cadre

de cette hypothèse, pour restructurer ce système il faut que le nombre de

synapses inhibitrices diminue.

On peut se demander quels neurotransmetteurs ou neuromodulateurs

affectent le système GABAergique intracortical et pourraient être impliqués

dans les mécanismes d'apprentissage. On sait que le cortex cérébral reçoit

par exemple des afférences noradrénergiques du locus coereleus (Ksofsky et

coll. '84; Moore et Card '84) et des inputs cholinergiques des noyaux de la

base de l'avant-cerveau ( Mesulam et coll. '83; '84 ). Hohmann et

collaborateurs ('85) ont démontré que chez la souris une destruction des

noyaux cholinergiques de la base de l'avant-cerveau entraîne rapidement

une diminution de l'acétylcholine dans le cortex visuel mais que plus

tardivement, la quantité de G AD se met aussi à diminuer. On peut donc

penser que les afférences cholinergiques au cortex visuel sont

154

particulièrement importantes pour la régulation du montant du G AD. Il est

intéressant de constater que l'acétylcholine est très importante dans la

plasticité du cortex visuel. Ainsi, Bear et Singer ('85) ont trouvé que ni la

destruction des noyaux noradrénergiques du locus coereleus, ni la

destruction des noyaux eholinergiques de la base de l'avant-cerveau, faits

séparément, n'entraînent d'effet sur la plasticité du cortex. Cependant, la

destruction des deux à la fois entraîne une réduction considérable de la

plasticité du cortex visuel. Donc, l'acétylcholine et la noradrénaline jouent

un rôle très important dans la plasticité corticale et l'acétylcholine est

impliquée de quelque façon dans la régulation du système GABAergique

intracortical.


Il n'y a aucune différence selon les portées pour la longueur et le

nombre de synapses par neurone. Cependant, la longueur des synapses à

vésicules aplaties est significativement différente entre les mâles et les

femelles. Ainsi, la longueur moyenne des synapses à vésicules aplaties est

29% plus élevée chez les femelles. Malgré cette différence dans la longueur,

il est intéressant de constater qu'il n'y a pas de différence ni dans le Nv, ni

dans le nombre de synapses à vésicules aplaties par neurone entre les mâles

et les femelles. On peut donc suggérer que les hormones sexuelles ont une

influence sur la longueur des synapses à vésicules aplaties. Pour vérifier

cette hypothèse, on pourrait par exemple, castrer des mâles en jeune âge et

mesurer la longueur des synapses à vésicules aplaties lorsqu'ils seront

adultes.

155

CONCLUSION

Nous avons démontré que pour la plupart des paramètres étudiés, la

richesse de l'environnement a des effets sur le cortex visuel du chat

similaires à ceux qui ont été décrits chez le rat. Ainsi, dans un milieu riche

en stimulation, il y a une augmentation du poids de l'encéphale et de la

surface corticale, une diminution du Nv des neurones et une augmentation

du nombre de synapses à vésicules rondes par neurone. Nous avons de plus

trouvé une diminution marquée du Nv des synapses à vésicules aplaties et de

leur nombre par neurone. On se rappelle que dans l'étude précédente sur les

synapses, le coefficient de variation du Nv des synapses à vésicules aplaties

était très élevé. Ce coefficient diminue considérablement dans la présente

étude si l'on tient compte des deux conditions expérimentales. En rapport

avec notre hypothèse originale, il est important de noter que le Nv des

synapses à vésicules rondes ne change pas dans les deux milieux. La

richesse de l'environnement peut donc amener des différences

interindividuelles sélectives pour le Nv des synapses à vésicules aplaties chez

des groupes d'animaux dont les conditions d'élevage n'ont pas été contrôlées.

Dans le cortex visuel de l'animal enrichi, le nombre de synapses à

vésicules rondes par neurone est plus élevé et le nombre de synapses à

vésicules aplaties est beaucoup plus bas. La richesse de l'environnement

affecte donc différentiellement ces deux types de synapses et change

l'équilibre excitateur/ inhibiteur des circuits synaptiques du cortex visuel.

Ainsi, nous suggérons qu'à cause de ce changement de l'équilibre, les

neurones du cortex visuel de l'animal enrichi deviennent plus matures et

156

acquièrent une plus grande réactivité aux stimuli visuels et qu'ils présentent

une plus grande sélectivité d'orientation et de direction. La vérification de

cette dernière hypothèse sera l'objet de notre prochain travail.

Nous suggérons que les mécanismes impliqués dans les processus

d'apprentissage sont différents pour les circuits excitateurs et inhibiteurs.

La restructuration des circuits excitateurs induite par l'apprentissage se

ferait par une multiplication des récepteurs tandis que les modifications des

circuits inhibiteurs s'opéreraient sans changer le nombre des récepteurs. En

conséquence, les mécanismes moléculaires des circuits excitateurs

permetteraient une multiplication des synapses en réponse à un

environnement riche. Pour les contacts inhibiteurs, l'augmentation de

l'efficacité du système se ferait en augmentant les récepteurs des synapses

les plus utilisées aux dépens des synapses moins utilisées, au point que les

moins utilisées disparaîtraient complètement: paradoxalement, l'efficacité

du système inhibiteur serait accrue par une chute du nombre de synapses

par neurone.

157

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185

APPENDICES

APPENDICE 1

PROTOCOLE DE LA PREPARATION DES SOLUTIONS DE PERFUSION -- Dissoudre 85.6 gr cacodylate de sodium dans 3,200 cc eau

distillé- Ajuster le pH à 7.3-7.4 avec une solution de 0.1M de HCl- Dissoudre 160 gr parafolmaldéhyde en cristaux dans la solution- Chauffer la solution jusqu'à dissolution totale des cristaux- Compléter la solution à 3,920 cc avec eau distillé- Ajouter 0.66 gr de chlorure de calcium- Filtrer- Prendre une partie (Solution de formaldéhyde et de glutaraldéhyde)

: Prendre 2,960 cc de la solution mère : Ajouter 6 cc de glutaraldéhyde 50%: Vérifier le pH et ajuster si nécessaire : Compléter à 3,000 cc avec eau distillé : Refroidir à 4°C

- L'autre partie (Solution de formaldéhyde sans glutaraldéhyde): Prendre 960 cc : Ajuster le pH à 7.S-7.4 : Compléter à 1 litre : Refroidir à 4°C

186

APPENDICE 2

SOLUTION TAMPON CACODYLATE DE SODIUM A 0.1M- Dissoudre 21.4 gr de cacodylate de sodium dans 900 cc d'eau distillé- Ajuster le pH à 7.3-7.4 avec une solution 0.1M de HCl- Compléter à 1 litre- Refroidir à 4°C

SOLUTION TETROXIDE D'OSMIUM 0.1M- Dissoudre 1 gr 0s04 dans 25 cc eau distillé (24 heures d'avance)- Dissoudre 1.6 gr cacodylate de sodium dans 20 cc eau distillé- Ajuster le pH du cacodylate à 7.S-7.4- Mélanger les 2 solutions- Compléter à 50cc avec eau distillé- Réserver 25cc comme solution d'0s04 à 0.1M

SOLUTION 0s04 + FERROCYANURE DE POTASSIUM 3%- Prendre l'autre 25cc et ajouter 0.75 gr de ferrocyanure de potassium

PROTOCOLE EXPERIMENTAL1- Blocs de tissu 12 heures dans la formaldéhyde à 4°C2- Tampon cacodylate 10 minutes3- 1 heure dans 0s04 à 0.1M4- 1 heure dans 0s04 + ferrocyanure5- Tampon cacodylate 5 minutes

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APPENDICE 3

SOLUTION D'ACETATE D'URANYLE- Peser 16 gr d'acétate d'uranyle- Dissoudre dans 100 cc d'alcool éthylique absolu- Filtrer et réfrigérer

SOLUTION DE CITRATE DE PLOMB- Peser 1.33 gr de nitrate de plomb- Peser 1.76 gr de citrate de sodium- Dissoudre ces produits dans 30 cc d'eau distillé- Mélanger pendant 30 minutes- Dissoudre 4.27 gr hydroxide de sodium dans 100 cc d'eau distillé- Prendre 8 cc de cette dernière solution et l'ajouter à l'autre- Compléter à 50 cc avec de l'eau distillé- Filtrer et réfrigérer

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ANNEXES

1- Beaulieu C. et M. Colonnier (1985) A laminar analysis of the number ofround-asymmetrical and flat-symmetrical synapses on spines, dendritic trunks, and cells bodies in area 17 of the cat. J. Comp. Neurol. 231: 180-189

2- Colonnier M. et C. Beaulieu (1985) An empirical assessment ofstereological formulae applied to the counting of synaptic disks in the cerebral cortex. J. Comp. Neurol. 231:175-179

3- Beaulieu C. et M. Colonnier (1985) A comparison of the number of neuronsin individual laminae of cortical areas 17,18 and posteromedial suprasylvian (PMLS) area in the cat. Brain Res. 339:166-170

4- Beaulieu C. et M. Colonnier (1986) The effects of impoverished andenriched environments on the number and size of boutons containing flat vesicles in the visual cortex of cat. Soc. Neurosc. Abst.

faculte de medecine - université lavalun sincère remerciement à m. chabot qui a su si bien...

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