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Développement et Plasticité du Système NerveuxLicence de Psychologie

UE Libre 2ème année – S3UE4

Références

● Development of the Nervous System : Sanes, D.H. ; Reh, T.A. ; Harris, W. A. (2nd édition, 2006), Editions Elsevier

● Neurosciences : Purves, D. ; Augustine G.J., 2e éd., Editeur : De Boeck (2003).

● BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel CD 612.8 NEU● Psychobiologie : Rosenzweig, Mark R. ; Leiman, Arnold L. ;

Breedlove, S. Marc, Editeur : De Boeck université (1998)● BU Lettres Salle de lecture 159.9 ROS● BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.821 ROS

● Cerveau et comportement : Kolb, B. & Whishaw, I., Editeur : De Boeck (2002), 1ère Edition

● Psychophysiologie (Tome 1) : Caston, J, Editeur : Ellipses (1993)BU Sciences Mont-Saint-Aignan Salle Fresnel 612.8 CAS

Chapitre 4 : La plasticité des synapses et des circuits nerveux adultes

● Plasticité du Système Nerveux : Capacité à se réarranger à l'âge adulte– Processus d'apprentissage– Lésions cérébrales– Neurogénèse à l'âge adulte

● « The principal activities of brains are making changes in themselves. » Marvin L. Minsky (from Society of the Mind, 1986)

4.1 Théorie de Hebb sur le renforcement synaptique

● Plasticité synaptique (Donald O. Hebb, 1904-1985) : La force d'une synapse se trouve augmentée lorsque les neurones pré-synaptiques et post-synaptiques fonctionnent d'une façon coordonnée.

4.1 Théorie de Hebb sur le renforcement synaptique● En cas d'une activité corrélée il se produit « un processus

de croissance ou un changement métabolique tel que l'efficacité du neurone excitateur sur le neurone receveur s'en trouve augmentée ».

– Production accrue de Nt dans l'élément pré-synaptique– Augmentation du nombre de récepteurs post-synaptique– Complexifications des arborisations axonales et dendritiques

Les modifications synaptiques ont pour origine une modification de l'expression génétique au niveau des neurones

● Modifications fonctionnelles à court terme● Modifications structurale à long terme

4.2 Potentialisation à long terme

● Bliss et Lomo (1970)– Enregistrements électrophysiologiques sur des coupes hippocampiques

– Une stimulation à haute fréquence d'une synapse améliore son fonctionnement pour une durée de quelques jours à quelques semaines.

Les mécanismes moléculaires de la Potentialisation à Long Terme (LTP)● Fonctionnement schématique de la LTP

Potentialisation (PLT) et Dépression (DLT) à Long Terme

● Effets de la concentration en Ca2+

4.3 Plasticité du cortex cérébral● Carte topographiques au niveau du cortex moteur ou sensoriel

– En réponse à l'utilisation préférentielle d'un doigt chez le singe hibou

– Le cortex subit une modification fonctionnelle et le champ récepteur du doigt « expert » augmente de surface

– Dans le cas ou un doigt est amputé, les neurones auparavant dédiés à ce doigt sont ré-attribués aux champs récepteurs des doigts adjacents.

● Modification de l'organisation du cortex somesthésique chez l'homme (Molginer, 1993, PNAS)

– Organisation des champs récepteurs des doigts de la main en IRM

● Réorganisation corticale chez un patient syndactyle à la suite d'une opération

– L'organisation des champs récepteurs se modifie rapidement après l'opération. Notamment la distance entre les champs récepteurs augmente

4.4 Régénération au sein du système nerveux

● Lésions traumatiques● Accidents vasculaires cérébraux● Maladies neurodégénératives

● Attention : l'homme et les mammifères se distinguent d'animaux comme les batraciens ou les poissons au sujet de la régénération nerveuse. Ce qui suit est valable pour l'homme

● 4.4.1 Dans le système nerveux périphérique

► Possibilité de Régénération– Les fibres endommagées peuvent reprendre leur croissance et rétablir

des connexions synaptiques sous certaines conditions

● Les macrophages nettoient les débris cellulaires

● Les cellules de Schwann prolifèrent et libèrent des signaux de croissance

● L'expression de facteurs de croissance et de la croissance axonale est relancée au niveau des neurones (coté proximal)

● ► Dans le système nerveux périphérique (suite)

– Les fibres endommagées peuvent reprendre leur croissance et rétablir des connexions synaptiques sous certaines conditions

Repousse à l'identique

Repousse désorganisée

Repousse impossible

► Dans le SNC : La régénération nerveuse n'est pas possible

● Les débris cellulaires ne sont pas éliminés

● Les olygodendrocytes sécrètent des protéines (ex : NOGO) qui bloquent le développement

● Les astrocytes prolifèrent et expriment des facteurs d'inhibition de la croissance

4.4.3 Essais de régénération nerveuse dans le SNC chez l'homme

● Une possibilité consiste à recréer dans le SNC les conditions de régénération neuronale du SNP

● En pratique cela s'avère extrêmement compliqué à réaliser

– Travaux de Cheng et al. Science. 1996 26;273(5274):510-3. Spinal cord repair in adult paraplegic rats: partial restoration of hind limb function.

● Section de la moelle épinière en T8● Greffe d'un pont de nerfs périphériques + « colle » au FGF● Après 3 semaines les rats paraplégiques montrent une légère

récupération qui s'améliore sur les 6 mois suivants

● Une autre solution pourrait consister à injecter des protéines neurotrophiques (NGF) sur le site d'une lésion et / ou des anticorps dirigés contre les facteurs d'inhibition de la repousse axonale.

– Problème d'orientation de la repousse axonale– Possibilité de cultiver in vitro des cellules de Schawnn

● La dernière orientation actuelle de recherche concerne la découverte des cellules souches neurales et de processus de neurogénèse dans le cerveau adulte de mammifères.

4.5 Des nouveaux neurones dans le cerveau adulte ?

● Dogme central en Neurosciences : Le cerveau humain adulte ne peut pas créer de nouvelles cellules nerveuses ni même remplacer celles qui sont perdues.

● Possibilité de neurogénèse dans le cerveau adulte des mammifères !● Attention, il n'a toujours pas été démontré qu'un neurone adulte pouvait se

diviser. Pour le moment cette partie du dogme est encore valable.

Neurogénèse dans le cerveau d'oiseaux chanteurs adultes(Nottebohm, 1980)

● Le chant du canari a un rôle dans la territorialité et le comportement sexuel

● Le repertoire va varier selon les saisons en passant de plastique à l'intersaison à très rigide en période de reproduction.

● A cette période de reproduction correspond une augmention de volume du centre vocal supérieur et du noyau robustus archistriatalis

● Cette augmentation de volume, sous l'effet de la testostérone correspond à une neurogénèse, mise en évidence par Nottebohm avec l'injection de BrdU.

Neurogénèse chez le canari adulte (Nottebohm, 1980)

Centres du chant chez le canari

HCV = Centre Vocal SupérieurRA = Robustus archistriatalis

Neurogénèse dans le cerveau de rongeurs

● Nombre de cellules BrdU positives (indice de neurogénèse) chez des rats contrôles (C), soumis à une activité physique de faible intensité (L), de moyenne intensité (M) ou bien de forte intensité (H) (Lou, S. et al. Brain Res, 2008).

● La neurogénèse dans le cerveau adulte est possible grace à des cellules souches neurales (neural stem cells), indifférenciées et multipotentes

● Cependant la neurogénèse dans un cerveau de mammifère adulte semble restreinte à quelques zones uniquement :

– Bulbes olfactifs (cellules souches de la zone sous-ventriculaire)– Gyrus dentelé de l'hippocampe– Certains noyaux de la moelle épinière– Cortex pariéto-frontal

Culture de cellules souches neurales : les neurosphères

● Des cellules souches neurales prélevées et placé en faible densité dans un milieu avec des agents mitogènes vont donner une culture en suspension de neurosphères

Différenciation des cellules multipotentes d'une neurosphère

● Les cellules multipotentes d'une neurosphère peuvent se différencier en Neurones, en Astrocytes ou bien en Olygodendrocytes sous l'effet de signaux transformant

● L'emplacement de transplantation ainsi que la période (si l'on se trouve encore au cours du développement embryonnaire) sont très importante dans le cadre de la différenciation

Nouvelles perspectives de régénération du système nerveux à l'aide des cellules souches neurales : Expériences de transplant

Il est aussi envisageable d'activer la différenciation de cellules souches neurales endogènes en appliquant les « bons » signaux transformants

Exemple d'une recherche avec transplantation de cellules souches neurales

● Nakamura, M. 2005 : Transplantation of neural stem cells for spinal cord injury

● Transplantation de neurosphères dans la moelle épinière de marmoset préalablement lésés en C5

● Survie des cellules souches neurales gréffées et migration à 7 mm du site d'injection

● Différenciation en neurones et olygodendrocytes après 8 semaines.

● Amélioration comportementales pour l'activité locomotrice et l'aggripement

● Domaine de recherches récent ouvrant sur de très nombreuses perspectives thérapeutiques...