Thème 3 – Chapitre 5 – Suite : Le cerveau

• Partie B : Cerveau et mouvement volontaire

• Partie C : Le cerveau un organe fragile à préserver

Problématique : Comment a été découvert la structure du cerveau et son

organisation fonctionnelle ?

I) Découverte par l’exploration : l’histologie

Histologie = étude des cellules composant un tissu.

Objectif de l’étude

histologique du cortex

cérébral : découvrir

comment est organisé le

cerveau ? de quelles

cellules il est composé ?

Comment faire ? une

série de coupe

transversales,

longitudinales et

sagittales de cerveau

humain

Pendant longtemps, les biologistes se sont intéressés aux seuls neurones. Mais

celles-ci ne représentent qu’une partie des cellules du cerveau, le reste est composé

des cellules gliales (qui doivent leur nom à leur aspect gluant. On sait maintenant

qu’elles sont essentielles

pour la survie et pour le

bon fonctionnement du

cerveau.

Des dysfonctionnements

de ces cellules gliales

interviendraient dans des

maladies neurologiques

(maladies de Parkinson,

maladie d’Alzeihmer,…)

Question : Dessiner un schéma d’une coupe de cortex Gx600 et identifier sur ces

cellules les différents types de cellules gliales.

Question : De quoi est composé le cortex cérébral ?

Le cortex cérébral est toujours composé de cellules gliales (oligodendrocytes,

astrocytes et cellules de la microglie) et de neurones. Le cortex est parsemé

d’artérioles et de veinules.

Question : Quels sont les rôles des substances grises et blanches ?

Rôles des substances :

• Blanche : composée principalement d’axones ; elle joue donc un rôle de

connexion et de transfert des messages nerveux.

• Grise : composée principalement des corps cellulaires des neurones et des

cellules gliales (intégration des stimuli et création des réponses)

II) Découverte par l’étude de l’activité : l’IRM

A) Le principe de l’IRMa et de l’IRMf

L’imagerie par résonance magnétique permet d'obtenir des images numériques en

trois dimensions du cortex, de la substance blanche, du liquide céphalo-rachidien et

des noyaux gris centraux, avec une précision inférieure au millimètre. Ce type

d'acquisition permet d'effectuer une analyse neuroanatomique individuelle de très

haute précision.

Principe de l'IRM

L'IRM consiste à observer les tissus biologiques à travers les propriétés magnétiques

de l'un de leurs constituants majoritaires, le noyau d'hydrogène. En effet, le proton

qui constitue le noyau de l'atome d'hydrogène possède un moment magnétique :

une sorte de petit aimant appelé spin.

Lorsque l'on place un sujet dans un champ

magnétique, les spins des noyaux d'hydrogène

s'orientent dans la direction de ce champ. Tout

se passe comme si on "aimantait" le sujet.

Au cours d'une IRM, on mesure l'aimantation

résultante en chaque point des tissus analysés.

Comme cette aimantation est proportionnelle

à la quantité de noyaux d'hydrogène présents,

et que les tissus se distinguent par leur contenu

en eau, la carte des aimantations résultantes

reproduit l'anatomie des tissus.

L'IRM fonctionnelle

L'IRM fonctionnelle est fondée sur l'observation en temps réel des variations de

l'oxygénation du sang, sans injection de traceur radioactif. L'activité cérébrale se

traduit par un enrichissement en oxygène des régions mises en jeu. L’IRM

fonctionnelle a donc contribué à l’identification du rôle des différentes aires

cérébrales.

Exemple d’IRM anatomique Exemple d’IRM fonctionnelle

B) Un exemple : les aires cérébrales motrices

Question : étudiez les IRMf ci-dessous et déduisez de ces IRMf si la carte élaborée

par Hitzig et Fritsch est bien identifiée.

Les IRM fonctionnelles ont permis de prouver que la carte des aires cérébrales

motrices élaborées par Ferrier, Fritsch et Hitzig était vraie.

• 1ère IRM : déclencher le mouvement d’un bras activerait la partie supérieure

de l’aire motrice

• 2e IRM : déclencher le mouvement d’une jambe activerait la partie inférieure

de l’aire motrice

• 3e IRM : penser à un mouvement déclencherait l’activation d’une partie de

l’aire prémotrice

C) Structure globales : les principales aires

1 : Cortex frontal

2 : Aire motrice

3 : Cortex pariétal

4 : Cortex occipital

5 : aire gustative

6 : Aire auditive

7 : Cortex temporal

AIRE NOM FONCTION

A Aire auditive associative

Interpréter le sens des mots parlés

B Aire auditive primaire

Percevoir les sons spécifiques et la sonorité

C Aire du langage articulé

Aire motrice qui coordonne les mouvements du larynx et de la bouche générant l’expression des mots. Cette aire est le centre du langage.

D Aire pré-frontale C’est le centre de contrôle pour les fonctions exécutives, y compris le raisonnement, la prise de décision, les processus cognitifs de niveau supérieur, l’orientation (personne, lieu, temps et intégration de situation des informations sensorielles)

E Aire prémotrice Provoquer des mouvements coordonnés (par exemple les mouvements complexes engagés dans une activité sportive ou dans l’utilisation d’instruments de musique)

F Cortex moteur primaire

Contrôler les muscles spécifiques du corps et particulièrement ceux à l’origine de mouvements fins (doigts, pouce, lèvres, bouche).

G Cortex somesthésique primaire

Reçoit l’ensemble des stimuli sensitifs associés à la position des différentes parties du corps dans l’espace (toucher, odeur, gout, vue, …)

H Aire gustative Elle est responsable du goût. Les neurones de l’aire gustative réagissent à l’acidité, à la douceur, à la salinité et à l’amertume.

I Aire associative somesthésique

Associe les stimuli reçus aux situations déjà vécues pour créer la sensation de la position dans l’espace

J Aire visuelle associative

Interpréter l’information visuelle

K Cortex visuel Détecter de manière spécifique les points sombres et lumineux, ainsi que le contour de la scène visuelle

L Aire de la compréhension du langage

Associe les sons entendus au sens des mots (comparaison par rapports aux éléments du langage inscrits dans la mémoire à long terme)

Question : expliquez comment fonctionne un mouvement utilisant des muscles

antagonistes.

La contraction de deux muscles antagoniste nécessite systématiquement

l’intervention d’interneurones inhibiteurs.

Message nerveux sensitif ou message nerveux commandé par le cerveau ➔ être

transmis par un neurone moteur (contraction) ou être transmis par un neurone

inhibiteur à un neurone moteur (relâchement).

III) Les modifications du fonctionnement du cerveau

A) IRMf post-traumatisme cérébral

Fonctionnement global de la

communication nerveuse entre les

aires cérébrales et les organes :

Question : donnez les conséquences

possibles de différentes sections de la

moelle épinière.

Section partielle gauche : arrêt de la

motricité des organes à droite du

corps et en dessous de la section.

Section partielle droite : arrêt de la

motricité des organes à gauche du

corps et en dessous de la section.

Section totale de la moelle épinière :

arrêt de la motricité de tous les

organes en dessous de la section.

Une opération appelée hémisphérectomie permet d’enlever une grande partie de

l’hémisphère malade et de contrôler avec succès les crises osmotiques de

l’encéphale. Si l’opération a lieu durant les premières années de la vie de l’enfant,

l'hémisphère droit prendra en charge presque parfaitement la fonction du langage.

Ce phénomène suggère que l’hémisphère droit possède ce qu’il faut pour s’occuper

des principaux aspects du langage. Ces opérations ont aussi montré que la plasticité

de l’hémisphère droit persiste au-delà de la période critique généralement admise

pour l’acquisition du langage.

Suite à un AVC, il subsiste généralement dans le cerveau une zone nécrosée, c’est-

à-dire irrémédiablement détruite. Cependant, la rééducation par des exercices

permet dans une certaine mesure une récupération du déficit moteur engendré par

l’AVC. Cette récupération ne correspond pas à un rétablissement du fonctionnement

de l’aire nécrosée mais à la réaffectation de neurones situés en dehors de cette zone

(parfois même dans l’hémisphère opposé) afin de suppléer à la destruction des

neurones.

Cette capacité du cerveau à réorganiser ses connexions neuronales en fonction des

expériences vécues par l’individu constitue la plasticité cérébrale.

La plasticité cérébrale est également responsable des modifications du cerveau lors

de l’apprentissage.

B) Substances exogènes

La consommation de tabac, d’alcool ou d’autres drogues entraîne une libération de

dopamine supérieure à la teneur initiale (doc. 2C). Par exemple, 30 min après avoir

administré de la nicotine chez un rat, son taux de dopamine est 2 fois plus important

que chez le rat témoin. La dopamine est un neurotransmetteur impliqué dans le

système de récompense et la sensation de plaisir. Ce système renforce le désir de

renouveler l’expérience. Normalement, il existe un mécanisme inhibiteur du

système de récompense mais la consommation de drogues perturbe cette

régulation, augmentant encore le désir de consommer.

Partie B : Cerveau et mouvement volontaire

A retenir :

Le cerveau est composé de neurones et de cellules gliales assurant le bon

fonctionnement de l’ensemble. L’exploration du cortex cérébral permet de situer les

aires motrices spécialisées à l’origine des mouvements volontaires. Les messages

nerveux moteurs qui partent du cerveau cheminent par des faisceaux de neurones

qui « descendent » dans la moelle jusqu’aux neurones moteurs. Le corps cellulaire

du neurone-moteur reçoit des informations diverses qu’il intègre sous la forme d'un

message moteur unique et chaque fibre musculaire reçoit le message d’un seul

neurone moteur.

Certains dysfonctionnements du système nerveux modifient le comportement et ont

des conséquences sur la santé.

L’apprentissage ou la récupération de la fonction cérébrale après un accident

reposent sur une capacité essentielle : la plasticité cérébrale.