Vincent Roy

Psychologie et Neurosciences de la Cognition et de l’Affectivité (EA 4306)Faculté des Sciences, Université de ROUENBâtiment Principal, 5ème étagevincent.roy@univ-rouen.fr

Psychobiologie des Émotions

Psychobiologie des ÉmotionsLicence 3 ème année – S6 UE3

• Important : Ce document est destiné aux étudiants e n Psychologie qui suivent l’unité d’enseignement S6 UE3 à l’Universit é de Rouen. Il sert de support illustré au cours de V. Roy mais ne dispens e en aucun cas de la présence aux enseignements.

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Bibliographie

1. Jaak Panksepp, Affective Neuroscience: The Foundati ons Of Human And Animal Emotions(Oxford University Press Inc, 2004).

2. Frederick Toates, Biological Psychology 2nd Ed + Comp anion Website + Gradetracker:studentAccess Card, 2 éd. (Prentice-Hall, 2006).

3. Catherine Belzung, Biologie des émotions (De Boec k, 2007).

4. John P. J. Pinel, Biopsychologie, 6 éd. (Pearson Education, 2007).

5. Bryan Kolb et Ian Q. Whishaw, Cerveau et comportem ent (De Boeck, 2008).

6. Joseph LeDoux, Le cerveau des émotions : Les myst érieux fondements de notre vie émotionnelle (Odile Jacob, 2005).

7. Antonio Damasio, L'erreur de Descartes : La raiso n des émotions (Odile Jacob, 2010).

8. M. R. Rosenzweig, A. L. Leiman, et S. M. Breedlov e, Psychobiologie (De Boeck, 1998).

1. Introduction sur les Émotions

• Recherche Fondamentale

• Qu’est ce qu’une émotion ?• Comment survient-elle ? Comment est-elle régulée ?• Comment se développent les émotions ?

• Recherche Appliquée

• Anxiété généralisée• Dépression / Anhédonisme• Stress Post-traumatique• Phobies• Stress chronique• Addiction

Qu’est ce qu’une Émotion ?

Qu’est ce qu’une Émotion ?

• Les émotions sont le résultat de l’interaction de f acteurs subjectifs et objectifs, réalisés par des systèmes neuronaux ou endocriniens, qui peuvent : a) induire des expéri ences telles que des sentiments d’éveil, de plaisir ou de déplaisir ; b) générer des processus cognitifs tels que des réorientations pertinentes sur le plan perceptif, d es évaluations, des étiquetages ; c) activer des ajuste ments physiologiques globaux ; d) induire des comportement s qui sont, le plus souvent, expressifs, dirigés vers un but et adaptatifs. Kleinginna & Kleinginna (1981) d’après C. Belzung ; Biologie des émotions (2007)

• C’est une réponse adaptative qui présente 3 composantes : physiologique, comportementale, subjective

• Une réponse adaptative qui présente 3 composantes

Comportementale / Expressive

Physiologique

Cognitive / Subjective

Comportements de sursaut, d’immobilisation ou d’agression

/ Expressions faciales ou vocales

Rythme cardiaque, fréquence respiratoire, piloérection,

rougissement…

État interne / Sentiment

Des émotions chez l’animal ?

Les composantes émotionnelles dans la phylogenèse

• Composante Physiologique

• Neurotransmetteurs• Hormones• Neuropeptides• Axe du stress• Système Nerveux Autonome

• Darwin (1859) : L’évolution des espèces au moyen de la sélection naturelle

• Darwin (1872) : L’expression des émotions chez l’homme et chez l’animal

L’évolution des espèces à partir d’un ancêtre commu n explique des similitudes de certaines réponses comportementales et physiologique

• Composante Comportementale

• La Composante Subjective chez l’Animal ?

http://www.koko.org/index.php

(Belzung, 2007)

2. La composante physiologique des Émotions

• 2.1 Paramètres physiologiques

• Rythme cardiaque / Pression sanguine• Libération d’adrénaline / noradrénaline• Variation du rythme respiratoire• Contractions de l’estomac• Température corporelle• Dilatation de la pupille• Réponse électrodermale (RED)

Polygraphe ou « détecteur de mensonges »

• Développée par Hans Selye (1956)

• Très nombreuses définitions…

• Concept multidimensionnel qui englobe les stimulus stressants (stressors), le système de traitement (comprenant l’évaluation cognitive des stimuli) et les réactions au stress (physiologiques, comportementales et subjectives).

• 2.2 La notion de Stress

• 2.3 La réponse endocrinienne au stress

• 2.4 Rôle de la réponse physiologique au stress

• Réponse adaptative à court terme � mobilisation des ressources énergétique de l’organisme (alarme et résistance)

• Réponse inadaptée à long terme � conséquences sur le plan physiologique (épuisement)

• 2.5 La notion de « coping »

Stratégie d’ajustement qui permet de faire face (to cope with) à une situation stressante. La façon dont on perçoit et dont on gère un stress modifie les réactions physiologiques à ce stress

• Utilisation du terme « coping » par Ursinen 1978 pour l’adaptation à des sauts en parachute

• Koolhaas et al. (1999) applique le terme à l’animal

• Stratégie proactives• Stratégie réactives

3. Les grandes étapes de la recherche sur les Émoti ons(cf. Dalgleish, 2004 ; Nature Reviews / Neuroscienc es)

« He was no longer Gage »

3.1 Harlow (1868) décrit le cas de Phineas Gage (18 48)

L’émotion est liée à la perception de changements p hysiologiques

Stimulus émotionnel

Réponses physiologiques et comportementales

Perception et interprétation de ces réponses : Sentiment

« Je vois un ours » ���� « J’ai peur parce que je cours »

3.2 Darwin (1872) L’expression des émotions chez l’Homme et chez l’Animal

3.3 Théorie de William JAMES et Carl LANGE (1884-18 85)

• Goltz (1892) : « sham rage » ou rage simulée

- Très violente

- Non dirigée

- Sherrington (1904) : Description chez le chat

3.4 Goltz (1892), Sherrington (1904) et Hess (1920)

Agression : Hypothalamus Médian Prédation : Hypothalamus Latéral

• Walter Hess (Travaux dans les années 1920 sur la st imulation électrique de l’hypothalamus chez le chat, Nobel en 1949) :

Critiques de la théorie de James-Lange :

• Séparation chirurgicale du cerveau et des viscères• Chez l’animal• Chez des patients paraplégiques

• Des paramètres physiologiques peuvent s’avérer identiques pour deux émotions différentes

• Certains changement corporels ou certaines activations du SNA sont beaucoup trop lents pour être à l’origine d’une émotion

• L’injection de certaines hormones ne provoque pas d’émotions

3.5 Théorie de Walter CANNON et Philip BARD (1920-1 931)

3.5 Théorie de Walter CANNON et Philip BARD (1920-1 931)

Le cortex joue un rôle d’inhibition sur l’activité de structures sous corticales telle que l’hypothalamus (exp. de BARD)

Cannon (1929) : L’hypothalamus est le centre régulate ur des réponses somatiques comportementales et physiologique s végétatives.

Hypothalamus

Rôle de la Zone PAG (grise périaqueductale)dans les comportements défensifs

Hypoth.Hypoth.

ComportementsComportementsddééfensifsfensifs

PAGPAG

3.5 Théorie de Walter CANNON et Philip BARD (1920-1 931)

Des processus centraux permettent l’intégration des stimuli émotionnels puis déclenchement indépendants :

• Le sentiment

• Les réponses comportementales / physiologiques

Stimulus émotionnel Sentiment

Réponses physiologiques

Cortex cérébral / Thalamus

Système Nerveux Autonome

3.6 Existence de patterns physiologiques caractéris tiques des émotions ?

• Accroissement du pouls et de la pression sanguine plus important dans le cas de la peur par rapport à la colère

• Cependant, pas de correspondance nette entre un ensemble de réponses physiologiques et un type d’émotion

• Existence d’une « stéréotypie de la réponse individuelle » tout au long de la vie

3.7 Papez (1937) : Circuit neurobiologique des émoti ons

Hypothalamus

Cortex Sensoriel

Cortex Cingulaire

Thalamus Antérieur

Réponses Expressivo-motrice

Expérience émotionnelle

ThalamusStimulus

émotionnel

Hippocampe

• Synthèse de données chez l’animal et chez des patie nts cérébrolésés.

1

21 Boucle basse

2 Boucle haute

• Lésion des lobes temporaux médians chez le singe Rh ésus

Animaux avec des comportements de peur et d’agression

Animaux dociles avec un comportement

« passif »

Lésion

• Troubles des émotions également chez l’homme

3.8 Klüver et Bucy (1937-1939) : Rôle de l’Amygdale

Downer, fin des années 1950 : Lésion spécifique unilatérale de l’Amygdale couplée avec des lésions du corps calleux et du chi asma optique

L’agressivité de l’animal est alors spécifique à l’œ il qui envoie ses informations sur l’amygdale non lésée

Oeil

Cortex visuel

3.9 MacLean : Le système limbique comme circuit de régulation des émotions (1952)

Cerveau NéomammalienNéocortex : Raisonnement

3

3

1

2

Cerveau reptilienTronc Cérébral : Agression, Défense

1

Cerveau PaléomammalienSystème limbique : Emotions

2

3.10 MacLean : Le cerveau triple (1970)

3.11 Gray et le Behavioral Inhibition System (1982-2000)

• En 1982 Gray publie sa théorie sur la neuropsychologie de l’anxiété et décrit en particulier le behavioral inhibition system , régulé par le système septo-hippocampal

• Selon Gray l’hippocampe joue un rôle majeur dans l’a nxiété en comparant les stimulus de l’environnement et ceux sto ckés en mémoire ���� Inhibition du comportement ou non

• Cette théorie a été revue en 2000 et une place plus i mportante a été accordé à l’ amygdale qui est « oubliée » dans la publication originale de 1982.

Gray, JA; McNaughton N (2000). The Neuropsychology of Anxiety: An Enquiry intothe Functions of the Septo-Hippocampal System. Oxford University Press.

3.12 Le Doux et al. (1980+) : Rôle de l’Amygdale da ns le Conditionnement de Peur

• Un stimulus inconditionnel (SI) (choc électrique) déclenche une réponse inconditionnelle de peur (RI).

• Immobilisation (freezing) • Elévation de la pression sanguine

• Elévation de la T° corporelle

• Tachycardie

• Problème : L’exposition au stimulus électrique perturbe l’étude de comportement de peur.

Conditionnement classique de Peur

Son seul Son + SI = RI Son devenu SC ����Réponse conditionnée

Techniques de Neurobiologie

• Electrophysiologie

• Lésions

• Histologie

Voies Auditives

CortexAuditif

ThalamusMédian

Corps Genouillé Médian

Rôle du thalamus auditif et du cortex auditif dans le conditionnement de peur

Voies Auditives

CortexAuditif

ThalamusMédian

Corps Genouillé Médian

Suppression du conditionnement de peur

conditionnement de peur préservé

Voies Auditives

CortexAuditif

AmygdaleLatérale

AmygdaleCentrale

HypothalamusPartie Latérale

PAGZone Grise

Périaqueducale

HypothalamusNoyaux

PVN et SON

RéponsesViscérales

TachycardieHyperthermie

RéponseComportementale

Freezing

RéponsePhysiologique

Axe Corticotrope

ThalamusMédian

Corps Genouillé Médian

Hippocampe

Rôle de l’Amygdale, de l’hypothalamus et de la zone PAG

• Histologie

• Electrophysiologie

• Lésions

Rôle de la Zone PAG (grise périaqueductale)dans les comportements défensifs

Hypoth.Hypoth.

ComportementsComportementsddééfensifsfensifs

PAGPAG

Peur conditionnée (résumé)

VIDEO

3.13 Panksepp (1982 / 1998) : Affective Neuroscience s

• Conservation par l’évolution de base neurobiologiqu e pour des émotions « instinctives », telles que la peur ou la rage.

• L’évolution chez l’homme aurait modifié des structu res telles que le néocortex, mettant ainsi en place des circui ts qui élaborent la conscience, mais elle n’a pas affecté les circuits neurobiologiques des émotions « primitives ».

• Panksepp propose l’existence de quatre circuits, che z les mammifères, qui déclenchent les processus émotionnels menant aux exp ressions comportementales d’attente ( expectancy), de peur ( fear), de rage ( rage) et de panique ( panic).

3.13 Panksepp (1982) : Affective Neurosciences

• "Câblage" génétiquement défini et programmé pour ré pondre sans condition à des stimuli qui émergent de situation m enaçante pour la vie.

• Activation et inhibition de catégories d’actions ai nsi que de changements hormonaux / autonomiques, efficaces sur le plan ada ptatif.

• A partir de feedback récurrents, les circuits émoti onnels changent la sensibilité et l’excitabilité des systèmes sensorie ls activés pour ces catégories de comportements.

• L’activité de ces circuits nerveux peut durer plus longtemps que la présence des stimuli déclencheurs.

• L’activité de chaque circuit peut passer sous le co ntrôle d’un stimulus environnemental émotionnellement neutre (conditionn ement).

• L’activité dans ces circuits permet l’accès et décl enche des interactions avec les circuits qui élaborent la conscience (ce q ui permet des réponses d’ordre supérieur parmi les catégories de comportem ents mises en jeu par le système émotionnel en éveil). Ce dernier point e st problématique chez l’animal puisque qu’il est pratiquement impossible de le tester.

VIDEO

LaBar et al. 1995 (The Journal of Neuroscience)

Des lésions unilatérales de l’Amygdale chez le patient humain affecte l’établissement d’un conditionnement de peur

- Discrimination simple- Discrimination conditionnée

3.14 Rôle de l’amygdale chez l’homme (LeDoux & Phel ps)

• Patients sain ou cérébro-lésés pour le cortex temporal médian (en particulier l’amygdale)

• Tâche en IRM fonctionnelle• Mesure de la conductance de la peau (SCR)

• http://en.wikipedia.org/wiki/Galvanic_skin_response

• Phelps et al. 2001 (Nature Neurosciences)

Activation de l’amygdale gauche chez des sujets hum ains en réponse à la présentation d’un stimulus associé « cognitivement » à la peur.

Capacité de représentation de la peur chez l’être humai n

Activation de l’Insula : représentation corticale de la peur (?)

Phelps & Ledoux (2005) : Rôle de l’amygdale dans le s apprentissages

• L’activation de l’amygdale pendant l’encodage prédit une meilleure rétention

Phelps & al. (2004) : Rôle de l’amygdale, du cortex cingulaire et du vmPFC dans les processus d’extinction

3.15 Le rôle du Cortex Préfrontal

• 3.15.1 Le patient Elliot (Damasio et Eslinger, 1985)

• Effets de lobotomie / leucotomie frontales

Cortex orbitofrontal

Cortex préfrontal ventromédian

3.15.2 L’hypothèse des marqueurs somatiques

Bechara et al. 1997

• Réponse RED associée aux récompenses / punitions

• RED anticipatoire négative chez les contrôles

• Les contrôles favorisent le tas avec le meilleur rendement

• Hypothèse des marqueurs somatique

Avant punition

Avant Intuition

Phase d’Intuition

Phase Conceptuelle

0 8010 50

Bechara et al. 1997 (suite)

• Pas de réponse anticipatoire pour les patients vmPF C

• Prise de mauvaises décisions par les patients lésés au niveau du vmPFC ; même au cours de la phase conceptuelle du jeu

3.15.3 Rôle du cortex préfrontal médian dans l’Anxiét é (Simpson et al., 2001)

• Tâche d’anticipation d’un stimulus douloureux / TEP

- Hypoperfusion du cortex préfrontal médian pendant l’anticipation

- Corrélation inverse entre l’hypoperfusion et l’anxiété rapportée des sujets

- Les sujets les moins anxieux montrent la plus forte baisse d’irrigation dans le VmPFC

- Les plus anxieux ne montrent pas de baisse, voir une légère hausse du débit sanguin

3.15.4 Implication du cortex préfrontal dans les juge ments moraux avec engagement émotionnel

• Études basées sur le dilemme du Trolley• http://www.wjh.harvard.edu/~jgreene/

Greene et al. (2001) Science

• Les régions préfrontales (ainsi que d’autres région du système limbique) sont fortement impliquées dans la prise de décision à caractère émotionnel

Synthèse des Conceptions Biopsychologiques Actuelle s

Stimulus émotionnel

Sentiment

Réponse Physiologique et Comportementale

Cerveau NéomammalienNéocortex : Raisonnement

3

3

1

2

Cerveau reptilienTronc Cérébral : Agression, Défense

1

Cerveau PaléomammalienSystème limbique : Emotions

2

Retour sur le cerveau triple de MacLean(1970)

• Comportements émotionnels basiques, très adaptatifs et peu flexibles

• Comportements émotionnels plus évolués, beaucoup pl us flexibles et dépendants du vécu de l’individu