•              Lors de nos études, ou dans la presse ou internet, on nous parle souvent de l’œil et des anomalies telle que myopie ou hypermétropie et ce qui nous atteint tous à partir d’un certain âge, la presbytie. Mais on ne nous parle jamais de l’interprétation de la vision par le cerveau et c’est pourtant un phénomène extraordinaire. 
              Je vais essayer de réparer ce manque, mais en plusieurs articles pour ne pas vous saturer et pour être plus clair.

              D’abord l’œil et la transmission jusqu’aux centres d’interprétation primaire situés à l’arrière du cerveau, au dessus de la nuque, via le thalamus qui est au centre du cerveau.
              Le schéma ci dessous, à gauche, vous montre une coupe de l’œil, dans laquelle on voit le cristallin, qui est une lentille organique souple, que l’on peut contracter grâce à des muscles appropriés.
              Les objets que l’on veut voir, ne sont pas tous à la même distance, et le cristallin se contracte plus ou moins, afin que l’image de l’objet se forme sur la rétine où des neurones vont capter la lumière correspondante, selon son intensité et sa fréquence, c’est à dire sa couleur (schéma de droite).

     

     

     

     

              En effet la rétine comprend deux sortes de cellules sensibles :

                 o Environ 5 millions de « cônes », de trois sortes, sensibles à des longueurs d’ondes rouge, verte ou bleue. Ils donnent donc une vision en couleurs et sont principalement présents dans la « fovéa » au centre de la rétine, où la densité de cellules est beaucoup plus forte, pour voir les détails de l’objet que fixe l’œil.
                         o Environ 100 millions de « bâtonnets » répartis dans toute la rétine, qui ne sont sensibles qu’aux différences d’intensité lumineuse (donc en niveaux de gris).

               Les informations sont envoyées par les nerfs optiques de chaque œil, mais les axones côté nasal se croisent dans le « chiasma optique », de telle sorte que les informations des deux yeux sur la vision à droite est traitée par l’hémisphère gauche, et sur la vision à gauche par l’hémisphère droit. Elles passent ensuite par le thalamus, et plus particulièrement une partie de ce centre que l’on appelle le « corps genouillé » (cf. schéma ci dessous).

               Le thalamus fait un pré-traitement des informations qui permet de rapprocher le signal de précédentes visions en mémoire et il transmet immédiatement l’information aux centres amygdaliens, qui réagiront s’il y a danger, sans attendre une interprétation plus évoluée. La vision dans le thalamus est assez sommaire : elle analyse - très vite - une image dans ses formes générales floues. Cette image peu détaillée détermine cependant de nombreux comportements immédiats en cas de danger.

               En même temps  le thalamus transmet aussi le signal aux centre d’interprétation situés à l’arrière du cerveau, mais ceux-ci mettront plus longtemps à traiter l’information car l’information va subir des traitements dans plusieurs « étages » de neurones.
              Leur information traitée sera ensuite envoyée via le thalamus au cortex préfrontal pour qu’il ait conscience de ce que l’on a vu, et également à l’amygdale qui va modifier éventuellement sa réaction première.
             Ainsi lorsqu'on voit une forme allongée sur le sol, le thalamus interprète comme un serpent et active immédiatement les réactions corporelles qui sont pour lui l’émotion, le danger, la peur, la défense .… Le cortex visuel peut ensuite analyser plus finement et réaliser que ce n'était qu'un tuyau d'arrosage ou une racine et limiter ou moduler l'action de l’amygdale.

    Dans le prochain article j’examinerai le traitement des aires primaires de la vision.

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       grrrr !

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

                 Des chercheurs en neurobiologie étudient pourquoi on se gratte, animaux comme humains.

     

     Pour eux se gratter est une habitude de l’homme datant de la préhistoire et transmise par l’évolution. L’homme préhistorique vivait dans un milieu hostile, et dangereux pour sa peau, du aux insectes et aux plantes, qui pouvaient lui transmettre des hôtes indésirables, chimiques ou microbiens. (les animaux aussi, pensez au chien qui se gratte s’il a des puces).

     Alors la peau réagissant par une congestion entraînant une démangeaison, l’homme se grattait pour déloger des hôtes indésirables et alerter les défenses immunitaires. (qui d’entre nous n’a pas écarté une ortie, par peur des démangeaisons passées ?) 

     

     Il y aurait dans notre peau, à coté des neurones de la douleur, des « neurones de grattage », certains activé par l’histamine et d’autres par d’autres substances. 

     Mais au départ la démangeaison est déclenchée par des protéines ou des enzymes déposées par un insecte (piqûre de moustique par exemple) ou par une plante (ortie…). Ces composés chimiques entrainent une réaction de la peau, de petites cellules immunitaires libérant des messagers chimiques (les cytokines), qui augmentent la réaction immunitaire et provoquent une légère démangeaison. On se gratte et on endommage ainsi la couche superficielle de l’épiderme, ce qui entra^ne la libération d’histamine.

     C’est un neurotransmetteur qui active des terminaisons des neurones de la peau, sensibles à ce produit et provoquent la sensation de démangeaison.

     D’où l’utilisation de médicaments anti-histaminiques pour vous calmer.

     

               Mais ces médicaments sont parfois peu actifs, car d’autres terminaisons nerveuses semblent sensibles aux démangeaisons. Ces neurones provoquent une sensation de démageaison plus sensible, genre chaleur et brûlure. Ils sont activés par d’autres protéines, qui sont produites par insectes et plantes. C’est le cas par exemple du « poil à gratter ».  On peut soigner ces démangeaison par un médicament, initialement utilisé contre le paludisme, la chloroquine.

     

     De plus les récepteur de la douleur sur la peau réagissent aussi conjointement en cas de démangeaison. Comme dans le cas de la douleur, ces terminaison nerveuses sont relayées au niveau de la colonne vertébrale, par un système de neurones qui atténue le signal nerveux, lorsque l’organisme produit des endo-morphines naturelles.

     

     Au niveau du système nerveux central, l’hypothalamus reçoit ces signaux et il active le cortex cingulaire antérieur, qui semble à l’origine du réflexe de grattage, commandé aux cortex moteur, notamment des mains (pour l’homme; une vache se gratte contre un arbre).

     Le grattage alerte le système immunitaire, mais provoque aussi l’activation du système de récompense qui libère de la dopamine, tandis que l’hypothalamus fait libérer les endorphines. Le grattage est donc perçu comme quelque chose d’agréable qui procure une certaine satisfaction.

     Mais on constate aussi que la libération de dopamine est plus importante mais nécessite un niveau de démangeaison plus important, chez les personnes atteintes de démangeaison chronique. C’est analogue à une addiction.

     C'est la raison pour laquelle il est difficile de s’empêcher de se gratter et pour laquelle, quand on voit quelqu’un se gratter, on a envie d’en faire autant.

                    Mais ne vous grattez pas trop : cela entraîne une augmentation de circulation du sang, et donc davantage d’inflammation, ce qui, à postériori, augmente la démangeaison !

     
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    Les rats rient quand on les chatouille !

                Nous avons toutes sortes de comportements que nous constatons, mais dont nous ne connaissons pas bien le processus.
               Les neurobiologistes les étudient et c’est toujours intéressants de lire leurs publications. Mais certaines nous font parfois sourire car nous trouvons qu’elles traitent d’un sujet futile.
               C’est la cas de chercheurs de l’université de Berlin qui cherchent à expliquer les réactions des individus quand on les chatouille. Et ils ont chatouillé des rats de laboratoire, pour étudier leur comportement !! Et ils aiment cela (les rats).

    Les rats rient quand on les chatouille !  Les rats rient quand on les chatouille !
           
                 J’avoue que je ne savais pas que les rats étaient chatouilleux et « riaient » en poussant de petits cris dans la bande des ultrasons (donc inaudibles pour l’homme).
              Les neurones à la base de cette réaction sont sur la partie antérieure du dessus du crâne dans le cortex somato-sensoriel, et on peut les faire rire sans les chatouiller en excitant électriquement cette zone. Mais ces neurones s’activent aussi lors de jeux : les rats « rient » quand ils jouent, mais par contre sont inhibés par le stress ou par la présence d’un danger.
              Ces chercheurs considèrent que chatouiller doit être un comportement social analogue au jeu, qui ne peut se faire que dans une atmosphère de détente. C’est une recherche de plaisir social qui dissipe les tensions. Elle résulte d’un contact physique.

                Si chez les rats le rire correspond à des sons d’environ 50 kherz, chez l’homme la fréquence est audible vers 2 kherz. Bien sur on peut encore se chatouiller par plaisanterie, mais ce n’est pas une habitude courante en société ! Chez l’homme, le langage a remplacé le contact physique et c’est lui qui provoque le rire, le plus souvent. L’humour  s’est substitué aux chatouilles ! Mais c’est toujours un acte dans la détente, dans une atmosphère de contentement : on peut rire seul d’une pensée, d’une situation qui vous plaît, vous amuse, mais pas d’une atmosphère inquiétante.
               Ce sont les aires du langage et le cortex qui vont saisir et analyser une plaisanterie, mais ce sont aussi les aires somato-sensorielles, qui déclencheront le rire.
               Mais c’est quand même difficile de se faire rire tout seul. Il y a une certaine inhibition, de la même façon qu’il est presque impossible de se chatouiller soi-même, carle cerveau bloque alors la réaction physique.

              Je crois que si je trouve un  rat dans le voisinage et que j’arrive à l’attraper, je le chatouillerai sous les pattes avec une plume de pigeon !

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    Le GPS de notre cerveau (2)Le GPS de notre cerveau (2)Le GPS de notre cerveau (2)

            Nous avons vu dans le dernier articles diverses cellules du cortex entorhinal qui fournissaient  des indications :
                             - sur la position de l’animal dans un réseau géométrique maillé superposé à l’environnement où il se déplace,

                             - sur l’orientation de soin déplacement,
                             - sur la vitesse de son déplacement, 
                             - et sur les obstacles qu’il rencontre.
            Toutes ces informations sont envoyées à d’autres centres de l’hippocampe qui contiennent des « cellules de lieu ». 

            Lorsque l’animal se trouve dans un endroit donné, certaines de ces cellules vont rassembler les informations provenant du cortex entorhinal, et les fusionner pour constituer une « carte géographique », représentative du lieu en question.
            Alors que les cellules de grille superposent les mêmes grilles géométriques à tout environnement où l’on se déplace, les cellules de lieu seront spécifiques d’un endroit donné et d’autres cellules de lieu prendront en charge un autre endroit.
            Par exemple des rats qui se déplaçaient dans un labyrinthe en trois parties, séparées par un virage en épingle à cheveux, créaient trois cartes mentales correspondant aux trois parties du labyrinthe, et prises en charge chacune par des cellules de lieu différentes.

            L’hippocampe enregistre non seulement les orientations, les vitesses et les obstacles éventuels en un endroit donné, informations synthétisées par les cellules de lieu, mais il enregistre aussi d’autres informations des différents sens sur ce qui se passe en ce lieu donné.
           On peut ainsi conditionner le rat à éviter un lieu où il a reçu une décharge électrique désagréable, ou à rechercher un lieu où il trouvera d la nourriture.
           Notre mémoire constitue donc des cartes mentales relatives à nos déplacements.    
           Mais ces cartes sont ensuite traitées par le cortex préfrontal, qui doit sans doute pouvoir faire faire des simulations de parcours aux diverses cellules du système de navigation..

           En effet on constate qu’un rat qui, la première fois qu’il a parcouru un labyrinthe, a fait de nombreux détours et des aller-retours dans des impasses, lorsqu’il est remis dans le labyrinthe, diminue le nombre de trajets inutiles, et finit par enregistrer une procédure qui lui permet d’utiliser le trajet le plus court (si on le motive par exemple, par une récompense de nourriture).

           Il semble que tous les mammifère disposent de ce système de navigation assez remarquable, mais il est probable que certains d’entre eux utilisent plus ou moins d’autres sens que la vue seule. (les chauves souris utilisent par exemple leur sonar). Il est donc probable que l’homme a un système identique, probablement un peu plus perfectionné car ayant des tâches plus complexes.
          D’autres animaux ont des systèmes plus simples, le ver nématode étant par exemple sensible au gradient des odeurs pour trouver sa nourriture.
          Des insectes ont un système de navigation évolue mais basé par exemple sur une reconnaissance de figures géométriques de couleur (les abeilles), car leur cerveau est trop petit pour enregistrer une carte mentale des images de vision.

           On commence donc à savoir comment notre cerveau permet notre orientation spatiale, mais que dire de ce que l’on appelle « le sens de l’orientation » : il existe des inégalités flagrantes dans notre capacité à construire et manipuler une carte mentale de notre environnement, voire même à interpréter une carte papier ou GPS pour nous guider.
          De nombreux essais pratiques ont été menés sur des personnes auxquelles on faisait faire un certain parcours que l’on demandait ensuite d’analyser et les réponses étaient très variables, de même que, si on les emmenaient à nouveau sur le même parcours, certaines retrouvaient beaucoup mieux leur chemin que d’autres.
          Ce qu’on appelle “le sens de l’orientation” repose sur la capacité à traiter des informations multiples : celles issues de l’environnement extérieur (repères visuels ou tactiles dans le noir…) et celles données par notre propre corps (dans quel sens je me déplace, à quelle vitesse…). 

          Nous venons de voir quels étaient les neurones qui traitaient ces informations dans le cerveau, mais déterminer les causes de ses fluctuations reste difficile et encore peu connu.
         Une partie des différences est certainement dû à l’hippocampe et à l’apprentissage : des études sur les chauffeurs de taxi de Londres ont montré que les liaisons entre les cellules de lieu et les cartes mentales du « où », étaient beaucoup plus développées chez eux, que chez des personnes n’ayant pas le besoin de mémoriser les lieux et itinéraires. Les liaisons étaient également plus importantes avec le noyau caudé, qui stocke des informations sur les actions spatiales de soi même.
         D’autres différences notamment chez les personnes incapables de se repérer sont sans doute dues à certaines performances moindres des cellules de lieu et de grille.
         Chose curieuse, le sens de l’orientation des femmes, égal à celui des hommes lorsque le taux d’oestrogène est bas, varie ensuite avec le cycle hormonal.

         Enfin, un troisième facteur est celui de l’orientation spatiale liée à la reconnaissance d’images, qui permet de se représenter un même objet, une même carte, un même lieu, sous différentes orientations à partir de points différents. (pensez aux tests de QI où on vous montre plusieurs objets sous différentes perspectives et où on vous demande quelles sont les deux images concernant le même objet).
         Il semblerait qu’il existe des différences importantes selon les individus, et qu’en moyenne, les performances des hommes soient supérieures à celles des femmes dans ce domaine, mais l’apprentissage peut aussi jouer un rôle important.

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  •           Je suis toujours émerveillé devant le fonctionnement de notre cerveau.
              La façon dont nous mémorisons nos orientations et nos parcours est extraordinaire.
              Je vais donc essayer de décrire succinctement comment est constitué le GPS de notre cerveau, à partir d'articles de la revue « Pour la Science »..

              Les explications que je vais vous donner proviennent d’études faites sur des rats dans des labyrinthes, en implantant de très fines électrodes dans leur cerveau. On a montré que les résultats étaient extrapolables aux autres mammifères. On ne peut évidemment faire de tels essais sur les humains, mais les explorations possibles laissent penser que le mécanisme est très analogue.

             Dans ce premier article, nous allons examiner certains neurones d’un centre que l’on appelle le "cortex entorhinal", dans le lobe temporal médian.
            On peut le considérer comme faisant partie de l’hippocampe, le « professeur de la mémoire » (voir le schéma ci dessous).

    Le GPS de notre cerveau (1)          Ce centre contient quatre types de sous-centres aux neurones spécialisés, qui s’activent lorsque nous nous déplaçons : 

     Les cellules de grilles : (voir les schémas ci-dessous)

            Elles sont organisées selon un schéma triangulaire et hexagonal, formé de triangles équilatéraux. Chaque cellule correspond à un endroit donné et s’active lorsque le rat passe à un endroit donné du labyrinthe qui correspond à un croisement des lignes du réseau, ce qui représente donc une cartographie géométrique des lieux où se trouve l’animal.
           C’est donc un repère de position géométrique, une grille, que le cerveau superpose à chaque lieu où l’on va se déplacer.
           En général six neurones déchargent à la fois au passage en un lieu : la cellule de grille la plus proche du lieu et les six cellules de l’hexagone autour de cette cellule centrale.

    Le GPS de notre cerveau (1)

     Le GPS de notre cerveau (1)

     

     

     

     

     

     

     

     

             En fait il existe plusieurs grilles à des endroits différents du cortex entorhinal; elles correspondent à des « pas » différent, la distance entre les centres des hexagones correspondant dans la réalité à des distances réelles sur le terrain de plus en plus grandes, allant d’une dizaines de centimètres à plusieurs mètres, ce qui correspond à des cartes à des échelles différentes.

    Les cellules d’orientation :

    Le GPS de notre cerveau (1)         D’autres cellules déchargent lorsque l’animal se dirige dans une direction donnée.
            Elles correspondent à une grille analogue à la précédente, correspondant à un lieu précis, mais elles ne déchargent que lorsque l’animal est face à une direction donnée. Il semble qu’il y ait ainsi huit réseaux correspondant aux huit directions principales. C’est en quelque sorte une boussole à huit direction, qui indique celle que suit l’animal. En fait c’est lié à la direction de sa tête, car arrété en un lieu donné, des cellules différentes déchargent si l’animal tourne la tête dans une autre directions.

    Les cellules de bordure :
     

    Le GPS de notre cerveau (1)

              Ces cellules envoient un influx nerveux lorsque l’animal s’approche d’un obstacle, un mur du labyrinthe par exemple.
             Leur objectif est d’éviter les collisions, mais aussi de dresser une carte des obstacles environnant, car elles semblent aussi calculer, en s’approchant du mur la distance à laquelle l’animal se trouve.
           Cela ressemble en quelque sorte au radar de recul des voitures.

     

    Les cellules de vitesse :

    Le GPS de notre cerveau (1)


            Enfin un dernier type de cellules a récemment été trouvé ( en 2015) : des cellules qui réagissent à la vitesse de déplacement de l’animal, indépendamment de sa position sur la grille et de l’orientation.

             Leur fréquence de décharge est proportionnelle à la vitesse de l’animal.
             

             On ne connait pas bien le mécanisme par lequel les diverses cellules fonctionnent à partir du milieu extérieur.
            Les renseignements visuels sont sans doute essentiels pour les cellules de grille.
            Les signaux de l’oreille interne avec son pseudo-gyroscope, sont certainement essentiels pour les cellules d’orientation 
           Pour les cellules de bordure la vue est sûrement importante, mais il n’est pas exclu que d’autres sens coopèrent.
           Pour les cellules de vitesse, il doit y avoir une comparaison entre les déplacements visuels et les rythmes délivrés par les neurones du tronc cérébral qui agissent comme des oscillateurs.

           Mais ce n’est pas aussi simple que cela, d’après des études encore plus récentes, et des autres sens peuvent intervenir, notamment quant à l’usage que font les rats de leurs pattes.
          En effet, si on intercale dans le labyrinthe un tapis roulant qui ralentit la marche de l’animal, certaines cellules de grilles ne sont plus calées sur ce que voit l’animal, mais émettent des décharges régulières à des instants donnés ou pour des distances parcourues. Même si le tapis roulant entraîne un déplacement nul de l’animal (et donc de sa vue), ces cellules semblent donner une appréciation de la distance parcourue et du temps qui s’est écoulé. (probablement en liaison avec les cellules de vitesse).

          Il reste donc beaucoup à apprendre sur ces diverses cellules et sur leur fonctionnement. Il faut aussi étudier comment le cortex entorhinal réagit dans un endroit réel en 3 dimensions et non dans un labyrinthe plat. Il est probable qu’une cinquième catégorie de cellules doit intervenir.
         Dans le prochain article j’expliquerai comment se fait notre orientation.

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