Quand on essaie de se tenir un peu au courant du fonctionnement du cerveau, on trouve très peu d’articles de vulgarisation sur le cervelet; tout au plus sait on qu’il prend le relais du cortex frontal dans nos automatismes et notamment c’est lui qui est à la base de notre équilibre et de notre capacité à marcher.

 Toutefois des malades qui ont perdu une partie du cervelet arrivent à marcher, mais avec difficulté.

          Alors j’ai été intéressé de trouver un article de Joachim Retzbach sur le fonctionne-ment du cervelet.  et il semble que le fonctionnement de cet organe soit finalement très étudié et relativement connu.

         Bien qu’il ne représente qu’un dixième du poids du cortex, le cervelet contient les 3/4 des neurones du crâne.

           Le cervelet a une caractéristique particulière : il possède les ¾ des neurones du système nerveux cérébral, avec en particulier deux types spéciaux de cellules nerveuses : les cellules de Purkinje et les cellules granulaires.
           Les cellules de Purkinje ont la particularité d’avoir une arborescence chevelue de dendrites, garnies d’épines dendritiques de connexion synaptique. Une cellule peut ainsi avoir jusqu’à 200 000 connexions. Les corps cellulaires de ces neurones sont rassemblés dans une couche unicellulaire du cortex du cervelet.

          Elles sont reliées par des réseaux horizontaux à des « cellules granulaires », qui sont les plus petits neurones. Il y en a environ 50 milliards dans le cervelet et chacune d‘entre elles n’a que 4 dendrites. Les signaux qui arrivent sur les cellules de Purkinje sont ensuite traités chacun par au moins 10 000 cellules granulaires. (voir figure ci-contre).

 Il semble que ce soit là un « système de calcul et de simulation » qui intervient dans de nombreuses fonctions du cervelet, un peu comme les ordinateurs font des calculs en parallèle.           

Quelles sont les fonctions du cervelet ?

          Une première fonction, le plus connue, est celle de la coordination et la synchronisation de nos mouvements.

D’abord évidemment l’équilibre de l’homme debout et de la marche.

         Mais il contrôle surtout la coordination des mouvements d’une part en fonction d’un but à atteindre et d’autre part entre nos divers organes de nos membres.

         A ce titre il est l’organe par excellence de l’apprentissage. Il « apprend » ainsi à commander les actions correspondant à des automatismes et qui demandent une coordination des membres, en liaison avec nos sens et notamment ce que nous voyons, mais aussi avec les renseignements qui remontent sur la position de nos membres et les états de fonctionnement de nos muscles : marcher, écrire, taper sur un clavier, jouer du piano, nager, conduire un véhicule, faire du vélo, faire fonctionner une machine (un ordinateur ou un smartphone), faire du sport….

         Les cellules de Purkinje et les cellules granulaires « calculent » en permanence l’état présent et futur de notre corps pour pouvoir donner les ordres nécessaires à nos muscles.

         Une personne dont le cervelet est endommagé peut encore faire ces opérations mais avec beaucoup de difficultés, le cortex préfrontal donnant directement des ordres aux muscles, mais l’optimisation des mouvements ne se fait plus et les opérations deviennent très difficiles..

        Mais des études récentes ont montré que le cervelet intervenait dans beaucoup d’autres domaines. Le cervelet est connecté évidemment de façon importante avec le cortex préfrontal, mais aussi avec les centres du cerveau émotionnel.

        Il semble que ses possibilités de calcul soient utilisées par d’autres centres que les centres moteurs, pour une « mise au point rapide » de nos pensées et qu’il intervient même en ce qui concerne notre mémoire et notre langage. e cortex préfrontal notamment semble utiliser le cervelet et ses possibilités de simulation, lors d'opérations de planification ou de prévision.

         Les patients atteints de défauts du cervelet montrent des déficits cognitifs, et, selon l’emplacement de la lésion, ils présentent des difficultés lors de divers tests intellectuels.

 Mais ils restent capables de penser et d’agir, mais, par exemple, ont des réactions émotionnelles maladroites et imprécises et ces déficiences sont moins handicapantes que les déficiences motrices, ce qui explique que l’on ait longtemps méconnu ces rôles du cervelet.

         Il semble aussi que le cervelet joue un rôle très important en pmatière d’apprentissage et que donc son rôle est primordial pour les enfants et les jeunes et qu’il diminue avec l’âge.

         On a également découvert que le cervelet était probablement impliqué dans l’autisme ou dans des maladies mentales comme la schizophrénie.

          Il reste donc beaucoup à apprendre sur le cervelet et une étude de grande amplitude est lancée pour faire des scans du cervelet, pendant que les sujets en examen font diverses tâches particulières (une cinquantaine), afin d’essayer de voir quelles zones du cervelet sont amenées à intervenir.

  Il m’est souvent arrivé de lire de petits articles qui présentaient des illusions d’optique, ou des dessins originaux que l’on pouvait interpréter de façons diverses.
     Je vous montre ci dessous une photo, sur laquelle, vous pouvez voir, tantôt un vase ancien couleur crème, tantôt deux silhouettes noires de visages de profil, de personnes qui se regardent.



    Cette perception incertaine nous trouble toujours.
    J’ai lu récemment une explication qui m’a intéressée, et j’ai pensé que certains d’entre vous aimeraient peut être la connaître.

    En fait si vous faites plusieurs fois l’essai de cette vision, en regardant l'image une vingtaine de secondes, vous vous apercevrez que spontanément, vous voyez alternativement ces deux types de figures et que chaque image persiste quelques secondes (entre 5 et 7), mais que une fois que vous avez compris le processus, vous pouvez accélérer le passage de l’une à l’autre, mais dans de faibles proportions seulement
    Cette alternance des perceptions résulte d'un basculement de I'activité des neurones lors de la première étape de traitement des informations visuelles, en provenance de l’oeil et transportée par le nerf optique, dans I’aire visuelle primaire, nommée V1 du cortex cérébral d’interprétation de la vision, situé à l’arrière de notre crâne.

    Lauri Parkkonnen et ses collègues de l’université d’Helsinki ont éclairé les pixels des deux parties de l’image à des fréquences d’illumination différentes, les visages à 15 hertz et le vase à 12 hertz, ce qui ne change pas la perception précédemment décrite.
    Ils ont alors fait regarder ces images par des personnes dans un scanner d’imagerie cérébrale permettante de suivre la fréquence d’activation des neurones du cerveau. Ils ont alors constaté que les neurones du cortex visuel primaire s'activaient à 12 hertz pendant environ cinq secondes, signe que Ie cortex traitait les informations en provenance du vase, puis à 15 hertz pendant cinq secondes à nouveau, ce qui indiquait qu'il traitait les signaux correspondant aux deux visages.
    Selon les auteurs de cette étude, le cortex visuel primaire change d’activité périodiquement sous I'influence d’autres zones de traitement des informations visuelles dites aires secondaires, lesquelles empêchent ainsi la perception de rester bloquée sur un mode unique d’interprétation.

    Cette modularité est essentielle pour explorer les différentes possibilités de I’environnement visuel, et pour pouvoir communiquer avec ses semblables : que se passerait-il en effet, si notre cortex visuel était incapable d'alterner entre deux types de perception ? Les uns verraient seulement le vase, les autres seulement les visages, et nous serions incapables de communiquer à autrui une même réalité.

            J'ai déjà écrit beaucoup d'articles sur nos cinq sens : la vision en février 2017, les sons le 16/01/18, le toucher le 25/05/19, le 17/06/20 sur la langue et le goût et le 07/11/20 sur "comment conserver son odorat. Mais en fait je n'ai pas fait vraiment d'article sur les connections de ces deux derniers sens, dans le cerveau.
            Je viens de voir, dans "Sciences et avenir" un schéma intéressant sur ce sujet et je lui emprunte donc et je vais le commenter.

            Mais avant cela, je voudrais dire quelques mots sur la régulation et le maintien de la stabilité de nos fonctions vitales. Cet équilibre résulte de trois grandes fonctions :      
                        • Les communications intercellulaires, qui agissent au niveau local.
                        • Le système endocrine, qui agit au niveau humoral (via les hormones).
                        • Et le système nerveux végétatif 'autonome' car la majorité de ses fonctions s’exercent de manière "automatique", indépendamment de tout contrôle volontaire et conscient.
Ce sytème est principalement situé au niveau de l'hypothalamus et du tronc cérébral. Il utilise principalement comme neurotransmetteurs l'acétylcholine, l'adrénaline et la noradrénaline.
            Il est relié à de nombreux autres centres, notamment, les centres amygdaliens, l'insula, l'hippocampe, le système de récompense, le cortex cingulaire, le thalamus et le cortex préfrontal.
            Il communique avec les organes du corps par les systèmes nerveux sympathique et parasympathique.

           Dans le tronc cérébral et plus précisément le bulbe, repérons un centre : le "noyau du tractus solitaire", qui a de nombreux rôle; Il intervient surtout dans le contrôle énergétique de notre alimentation. C'est un centre de convergence des signaux métaboliques et viscéraux, et il intervient dans la régulation des prises alimentaires.

            Mais il intervient également dans le cheminement des signaux du goût. et des stimulations thermiques et tactiles qui lui sont liées. En particulier il existe dans ce centre cinq régions correspondant aux cinq sensations du goût, qui interprètent les signaux reçus;

           Venons en au goût et à l'odorat. J'ai emprunté le schéma ci-dessous à la revue Sciences et Avenir, mais que j'ai légèrement modifié pour préciser certains points : les flèches bleues représentent la propagation nerveuse de l'olfaction, en rouge celle du goût et en jaune celle des sensations liées au goût, le pétillant, l'astringent, le piquant, la température, la texture d'un aliment...

           En fait la sensation de goût ne dépend pas que de la transmission des informations fournies par la langue, mais aussid'information de "toucher" et de chaleur auxquelles elle est aussi sensible, mais surtout des informations données par l'odorat et une sensation globale résulte de ces diverses transmissions. Et tout est affaire de molécules chimiques et de récepteurs, les premières se liant aux second;

                      L'olfaction (chiffres en bleu) : 

           • (1) - Les molécules odorantes se lient aux récepteurs présents dans le nez, et notamment les senteurs des aliments.
           • (2) - Elles sont transmises par le nerf olfactif jusqu'au bulbe olfactif (3).
           • (3) - Le bulbe olfactif transmet l'information au thalamus, qui regroupe les informations sensorielles.
           • (4) - Le thalamus informe le cortex frontal, plus exactement la région orbitofrontale.

                       Le goût (chiffres en rouge) : 
           • (1) - Les récepteurs gustatifs de la langue (article du 17/06/20) absorbent les molécules acides sucrées, amers, salées (et unami pour le Japon) et les transmettent via trois nerfs (nerfs facial, glossopharyngien et nerfs vague - non représenté), au ....
           • (2) - ....noyau du tractus solitaire, qui les transmets au....
           • (3) - ....thalamus, qui regroupe les informations sensorielles.
           • (4) - Le thalamus renvoie ces informations à divers centres : l'insularité qui analyse nos sensations viscérales, l'hippocampe qui peut comparer à des sensations mémorisées, les centres du système de récompense qui vont donner un niveau de plaisir ou de rejet.
           • (5) - Le thalamus informe aussi le cortex frontal, plus exactement la région orbitofrontale. (les flèches sont mal placées sur le schéma : d'une part la position de l'isula est approximativement celle mentionnée, et non en bout de flèches, et d'autre part, des liaisons existent aussi entre le cortex orbitofrontal, l'insula l'hippocampe, les centres de récompense, et les centres du cortex somatosensoriel).
 
                       Les sensations somesthésiques; (chiffres en jaune) : 
            • (1) - Ces informations sont recueillies au niveau de la langue et du palais. Elles sont transmises par le nerf trijumeau
           • (2) - Elles passent par le noyau du tractus solitaire puis par le thalamus
           • (3) - Elles sont envoyées au cortex préfrontal qui va les interpréter en liaison avec les divers centres du cerveau émotionnel.
           • (4) - Elles sont aussi envoyées centre du toucher (sensations somomatosensorielles),  dans la zone qui est sensible aux neurones de la langue.

         L'interprétation du goût par notre cerveau est donc un phénomène très complexe qui fait intervenir des centres dans tout le cerveau, car il y a en fait deux types très différents d'interprétations :
                      - d'une part les signaux sensoriels qui proviennent principalement de la langue et de l'odorat, mais aussi à un moindre niveau de la vue, du toucher, et même de l'ouïe (on brise un aliment !); Ces signaux sont principalement transmis par le thalamus, qui les synchronise.
                      - d'autre part des signaux d'ordre émotionnel transmis au cortex préfrontal par des centres du cerveau émotionnel notamment hippocampe et centres amygdaliens qui les compare au passé, l'insularité qui reçoit aussi des signaux de nos viscères, et les centres du système de récompense qui nous diront si le goût et les sensations qui l'accompagnent sont agréables pas.
           Un réponse de déplaisir  désagréable peut être due à une sensation très particulière : par exemple la langue, bien qu'elle n'ait pas de récepteurs spécifiques pour cela, peut trouver qu'un aliment a un goût "de métal"
           Notons aussi qu'un état préalable de notre organisme, révélé par l'hypothalamus, peut influencer le goût, celui-ci étant moins agréable si nous n'avons plus faim, ou si nous avons un trouble digestif.
           En définitive la conscience du goût dépend des informations qui sont parvenues au cortex préfrontal et notamment au cortex orbitofrontal, car c'est à ce niveau que ces informations deviennent conscientes.

            J'ai lu dans le journal "La Recherche", un article qui rend compte d'une découverte japonaise assez originale.

            Les odeurs (agréables ?) de  nos aliments avant une sieste peut (peut-être car les essais ont été faits sur la souris), préserver nos neurones du bulbe olfactif.

            Malheureusement, les neurones ne se reproduisent pratiquement pas à l'âge adulte, sauf ceux du bulbe olfactif, qui interprète dans notre cerveau, les odeurs que nous sentons avec notre nez.
            De nouveaux neurones apparaissent en permanence dans ce centre nerveux de notre cerveau, et on sait que la moitié de ces nouveaux neurones disparaissent deux semaines après avoir intégré les circuits nerveux et que ces neurones éliminés sont remplacés par de nouvelles cellules nerveuses, dont la moitié disparaît à son tour.
            Jusqu'à présent on pensait que les cellules qui disparaissaient étaient génétiquement prédisposées à mourir.

            Takeshi Yokoyama et son équipe de l'université de Tokyo ont montré que la réalité était très différente, du moins pour des souris. Ils viennent de montrer que c'est l'environnement de la cellule, le contexte dans lequel elle est produite, qui fait qu'elle meurt ou pas.
            Le repas et le sommeil joueraient un rôle majeur dans ce processus. En comptant les neurones dans des coupes cytologiques de bulbe olfactif de souris à différentes heures de la journée, ils ont montré que le processus de mort cellulaire se déroulait pendant le sommeil qui suit un repas.
            Il semblerait que la sélection des neurones destinés à mourir, aurait lieu sous l'effet d'une hormone sécrétée pendant le sommeil, d'un peptide fabriqué après l'ingestion de nourriture, ou sécrété par les centres nerveux lors du rêve, pendant le sommeil paradoxal.
            Il semblerait même que les neurones qui survivraient, seraient ceux sélectionnés par les odeurs émises durant le repas précédant le sommeil.
            Lorsqu'une molécule odorante se fixe sur son récepteur, dans le nez, l'influx nerveux qui parvient jusqu'au bulbe olfactif, "marquerait" les nouveaux neurones qui s'y trouvent et qui réceptionnent ce signal électrique, et ils seraient alors protégés, d'une façon qui n'a pas encore été identifiée. Lors du sommeil paradoxal qui suit le repas, ils sont les seuls à échapper à la mort.

            De plus ces nouvelles cellules qui viennent de naître, sont hyper-réactives : elles discriminent très bien les différentes odeurs, les reconnaissent et assurent une très bonne mémorisation de l'information ainsi perçue, alors que cette propriété se perd très vite, en moyenne quatre semaines après la naissance des nouveaux neurones du bulbe olfactif.

            Moralité (pas sérieuse !) : mangez des mets agréables avant de faire une sieste, vous sentirez mieux après puisque moins de neurones du bulbe olfactif seront éliminés et ceux qui les remplaceront seront tout jeunes et beaucoup plus sensibles. 

          Sur le dessus de notre cerveau, dans des centres voisins, les neurones sensoriels traitent d’une part nos sensation de toucher, d’autre part les sensations de positionnement et d’effort de nos muscles et de nos membres, qui nous donnent une mesure des gestes que nous faisons, et d’autre part les neurones moteurs qui envoient des ordres à nos muscles volontaires.

          Les neurones moteurs et les neurones sensoriels participent à des actions concertées : dès que nous faisons un geste, nous sentons en même temps le déplacement de nos membres ainsi que leurs efforts, et nous ajustons le mouvement en fonction de ces informations sensorielles. Ces deux types de neurones agissent en synergie sous la direction des centres sensoriels et moteurs de notre cerveau, et sont d'ailleurs réunis dans les mêmes nerfs, comme dans une gaine.
          Toutefois, ils ne se mélangent, ni ne se touchent, sinon les messages sensoriels et moteurs risqueraient d'être confondus : le simple fait de sentir quelque chose provoquerait des mouvements inadaptés.

           A I'Université de La Jolla en Californie, Benjamin Gallarda et ses collègues ont étudié comment les neurones moteurs et les neurones sensoriels poussent lorsque I'embryon se développe, empruntant des voies communes sans se mélanger.
          Lorsque les neurones sensoriels croissent, ils émettent une molécule chimique nommée éphrine, qui est reconnue par des récepteurs portés par les neurones moteurs. Dès qu'un neurone moteur perçoit la présence d'éphrine par le biais de ses récepteurs, son axone se tient à distance, et change de direction, ce qui lui évite d'atteindre des zones où se développent les terminaisons des neurones sensoriels.
          Les axones des neurones moteurs se dirigent donc vers les endroits où les prolongements d’autres neurones moteurs se trouvent, et quand ils sont alors “certains” d’être au bon endroit, les marqueurs chimiques cessent d’agir et les jonctions sous forme de synapse se font au hasard, mais uniquement entre neurones moteurs.

          Les biologistes ont introduit des mutations génétiques chez des souris de laboratoire, afin qu'elles ne produisent plus ces récepteurs d’éphrine. lIs ont constaté que les neurones moteurs envahissent alors les territoires normalement consacrés aux neurones sensoriels, et qu'ils y sont actifs, ce qui est susceptible de parasiter les messages électriques qui, plus tard, seront véhiculés par les neurones sensoriels.
          En revanche, quand les récepteurs d’éphrine sont présents, les neurones moteurs se développent parallèlement aux neurones sensoriels à une distance suffisante pour éviter toute interférence. Les prolongements sont enveloppés dans une même gaine nerveuse.
          Le bon développement de la motricité et du toucher dépend donc de ce mécanisme de répulsion chimique.