hypothese neurobiologique - AE-HPI

HYPOTHESE NEUROBIOLOGIQUE SUR LE FONCTIONNEMENT MENTAL EIP © CREAXION

Jean-Pol Tassin Directeur de Recherches à l’INSERM – Neurobiologiste au Collège de France

Je suis neurobiologiste, sans spécialisation particulière vis-à-vis du problème des enfants précoces, mais je m’intéresse néanmoins au fonctionnement du système nerveux central. Ce que je peux vous proposer aujourd’hui c’est de présenter, sans faire trop de neurobiologie et avec l’aide de quelques illustrations, certains éléments de ce que pourrait être l’intelligence vue par un neurobiologiste. Il semblerait qu’il y ait deux modes de traitement de l’information dans le système nerveux central : un mode que l’on peut considérer comme rapide, analogique, et un mode plus lent cognitif. Certaines cellules dans le cerveau permettent de contrôler les oscillations entre le traitement rapide et le traitement lent. Ces cellules, appelées modulatrices, sont particulièrement sensibles aux phénomènes affectifs. Le premier élément important est que le traitement rapide répond à des caractéristiques physiques de la perception, ce qui le rend relativement peu sensible à l’histoire de l’individu. Au contraire, le traitement lent, qui va se mettre en place progressivement au cours de la maturation, dépendra d’éléments affectifs et donc de la façon dont l’individu s’est développé.

Le système nerveux central contient de 50 à 100 milliards de cellules nerveuses et chacun de ces neurones a la possibilité de contacter les autres. Chacun d’entre eux reçoit de l’ordre de 10 000 « afférences » provenant des autres neurones. Des axones viennent se projeter sur les neurones récepteurs et des racines appelées dendrites permettent aux neurones récepteurs de recevoir l’information. L’information entre un neurone émetteur et un neurone récepteur, passe par l’intermédiaire de molécules. Une soixantaine de molécules environ vont être fabriquées, synthétisées, libérées par ces neurones émetteurs vers les neurones récepteurs. Chaque neurone est à la fois émetteur et récepteur. Ces 60 molécules neuromédiatrices ont des noms plus ou moins connus (acétylcholine – GABA – glycine – sérotonine – noradrénaline - dopamine etc.).

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Corps cellulaire Neurone Epines dendritiques

dendrites

Le neurone comporte un corps cellulaire, des dendrites et un axone. Les épines dendritiques reçoivent des informations des neurones émetteurs qui vont se contacter. Le contact entre le neurone émetteur et le neurone récepteur se fait au niveau de la synapse.

Zone émettrice

Dendrite

En microscopie électronique on voit la zone émettrice et, à l’intérieur de la varicosité, des petites vésicules qui contiennent une des 60 molécules permettant la communication. Sous cette zone un dendrite va recevoir l’information. C’est cette zone que l’on appelle la synapse. Sur cette diapositive, on peut voir deux varicosités au contact du dendrite.

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Ce schéma représente un corps cellulaire avec un axone, une terminaison nerveuse contenant les vésicules. Les neuromédiateurs sont représentés par les petits triangles dans les vésicules synaptiques. A l’occasion d’un signal qui est reçu par le neurone, il y a transfert d’information par l’intermédiaire d’un potentiel électrique. Lorsque ce potentiel électrique arrive à la terminaison nerveuse, il y a fusion de ces vésicules qui font que les molécules vont être libérées et vont traverser la synapse. Elles vont se lier au récepteur post-synaptique et par conséquent transférer un signal du neurone émetteur au neurone récepteur.

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La dernière étape se situe au niveau de ce récepteur :

Membrane cellulaire

RECEPTEUR FERME

RECEPTEUR OUVERT

REPONSE CELLULAIRE

Dans chaque cellule, il y a une différence de potentiel entre l’intérieur et l’extérieur, cette différence de potentiel peut être modifiée à l’occasion de l’ouverture de canaux qui permet le passage de charges électriques, d’ions. Le neuromédiateur lorsqu’il se lie au récepteur, va entraîner l’ouverture du canal et la dépolarisation de la cellule. Le message est passé.

De nombreux neurones reçoivent des messages et les intègrent. Ils les font passer aux autres, en fonction de ce qu’ils ont reçu eux-mêmes, créant ainsi de nouvelles différences de potentiel, et une nouvelle situation sur les neurones récepteurs.

Depuis environ une vingtaine d’années, on sait que les cellules ne sont pas toutes identiques dans le système nerveux central. Deux grands groupes représentent l’essentiel, et permettent de traiter et de renvoyer une information. I - Le premier groupe représente 99% des neurones. C’est un système que l’on appelle point à point, c’est-à-dire que le neurone fait partie d’une structure et se projette vers une autre structure. Il crée ainsi un processus de communication de type téléphonique émetteur/récepteur. Dans ce cas, on a des libérations de GABA ou d’acide glutamique. II – Le second groupe ne contient que 1% des neurones. Ce sont les cellules modulatrices qui libèrent des produits modulateurs comme la sérotonine, la noradrénaline ou la dopamine, selon un processus appelé diffus. Cet ensemble peut se représenter selon un modèle radiophonique divergent ; un émetteur localisé dans une structure envoie un message dont la réception peut être obtenue dans différentes structures à condition que ces structures possèdent le récepteur adapté. Ces systèmes vont moduler les cellules du réseau de neurones, donc l’intensité et l’importance de chacun des messages perçus. Chaque fois que l’on fait appel à un produit pharmacologique qui intervient sur le psychisme, on intervient, non pas sur le système point par point, mais sur le système

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modulateur. Les neuroleptiques qui interviennent sur les maladies mentales ou les antidépresseurs qui soignent la dépression, vont jouer sur ces systèmes modulateurs, mais jamais sur les systèmes point à point. A l’occasion de l’entrée d’information dans le cortex, des neurones modulateurs qui libèrent de la sérotonine et de la noradrénaline vont être activés et envoient leur information de façon simultanée avec celle qui vient d’entrer en tant que perception. Si bien qu’au niveau du cortex, on a l’information en tant que telle et la modulation de cette perception par les systèmes modulateurs. Le signal prend alors un sens. C’est un moment très important, car le signal prend un sens en fonction de l’histoire de l’individu. Il va progresser de l’arrière vers l’avant du cerveau jusqu’à la zone préfrontale qui est la zone ultime d’association. C’est dans cette zone que l’ensemble des informations sont compactées et rassemblées. La prise de sens va entraîner l’activation d’un troisième modulateur qui est la dopamine. Ce troisième modulateur va décider en fonction du sens de ce qui vient d’être perçu et traité, de la hiérarchie qu’il va entraîner sur les structures corticales ou sous-corticales. Cette hiérarchie fonctionnelle correspond en principe aux conditions les mieux adaptées pour répondre aux éléments qui viennent d’être perçus.

En résumé : Une entrée d’information Un réseau qui reçoit cette information et qui la traite Ce réseau est modulé par des systèmes modulateur : noradrénaline, sérotonine

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En fonction du sens que prend le message la dopamine va être activée et va renvoyer des modulations sur les structures qui vont permettre une sortie adaptée. Ces modulateurs ralentissent le message, et d’une certaine façon le traitent. L’exemple du chat Un chat dans une animalerie. On enregistre ses neurones à dopamine, particulièrement sensibles à toutes sortes de récompenses. Si on lui apporte de la nourriture il repère la nourriture en tant que telle (texture, odeur, etc…) Il active ses neurones à dopamine de façon à pouvoir aller chercher cette nourriture. Si on recommence l’opération pendant plusieurs jours, petit à petit on se rend compte que ce n’est plus la nourriture qui active ses neurones à dopamine, mais la chaîne d’évènements qui précède l’apport de la nourriture, la porte qui s’ouvre et le mouvement de la poignée de la porte. L’animal a progressivement appris que la récompense était en lien avec le mouvement de la poignée de la porte. On met au point depuis notre naissance, des apprentissages qui nous permettent de repérer des signaux qui anticipent l’événement récompensant. Dans une situation où les modulateurs sont absents, (sommeil lent ou sommeil paradoxal) on est en traitement analogique rapide. Exemple 1 : 1er type de traitement rapide Imaginons un damier avec des cases noires et des cases blanches. Chaque case est en relation avec les autres. Une case noire est une cellule inactive et une case blanche est une cellule active. Si on présente plusieurs fois le damier, on retient le fait qu’il s’agit d’un damier. Si une des cases noires devient, pour une raison quelconque, blanche et qu’on présente le damier, on va quand même reconnaître le damier dans un premier traitement. Dans un deuxième traitement, on remarquera la différence qu’une case noire est devenue blanche ou réciproquement. Le premier type de traitement est rapide, le second peut-être considéré comme lent. Exemple 2 : 2ème type de traitement rapide La reconnaissance des visages. Quand on reconnaît un visage, on a repéré dans un visage un certain nombre d’éléments saillants : les yeux, le nez, la bouche. Ces éléments vont suffire pour créer l’ensemble du visage et pour donner un sens à la personne que l’on a en face de soi. Si on présente deux personnes différentes mais ayant les mêmes éléments saillants, dans un premier temps on va faire un traitement analogique rapide et considérer les deux personnes identiques. Les deux personnes sont considérées comme identiques parce qu’elles sont toutes les deux tombées dans un « bassin attracteur ». Nous fabriquons des bassins attracteurs qui représentent des éléments d’agrégations liés à ces ensembles neuronaux. On peut les représenter de la façon suivante :

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Quand on a une information qui arrive qui n’est pas exactement la bonne mais presque la bonne, qui a quelques éléments qui correspondent à ce que l’on a stocké , on va dans un bassin attracteur et par exemple I 3 va donner comme signification D,

qui est le fond de ce bassin attracteur. En revanche I 1 qui n’est pas très différent de I 3, mais qui a malgré tout quelques éléments différents, va donner lieu à une signification C, différente de D.

En revanche I 4 qui semble très différent de I 3

mais qui a des éléments saillants identiques importants, donnera la même signification de I 3 dans D.

C’est un traitement analogique rapide, il y a tout lieu de penser que notre cerveau fonctionne ainsi.

Quand on a la vision simultanée de 2 objets, on va créer des renforcements synaptiques. Quand on verra un seul des deux objets, à la suite des renforcements synaptiques ce sera comme si on avait vu les deux. Il en est de même lorsque le réseau visuel est mis en relation avec les fonctions du toucher. La stimulation tactile va évoquer une stimulation visuelle compte tenu des réseaux mis en place. Le contrôle, on l’a au moment où l’on dit ce que l’on a vu. Mais ce qui est perçu par le système nerveux central n’est pas contrôlé. C’est à partir de ces éléments incontrôlés que va se fabriquer la personnalité. On peut considérer que ces éléments font appel à des processus ayant des bases génétiques à partir du moment où la rapidité et la quantité du traitement interviennent de façon très importante. Dans l’exemple du chat les systèmes à dopamine réagissent au départ par rapport à la nourriture et au plaisir qu’allait donner cette nourriture. Le mouvement de la poignée de la porte va devenir le signal de la récompense et va faire que l’animal se préparera à obtenir la récompense dès qu’il aura perçu le mouvement de la poignée.

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Les systèmes modulateurs a dopamine sont rassemblés dans une zone très profonde : Le mésencéphale. Ils existent depuis le début de la phylogenèse des mammifères Quand il y a dégénérescence de ces systèmes, il y a entre autres la maladie de Parkinson qui intervient sur la motricité. Ces systèmes interviennent également sur l’émotivité et sur la cognition. Ils permettent la focalisation de l’attention.

On peut montrer la zone des corps cellulaires et les différentes zones qui reçoivent des informations de neurones à dopamine, et qui vont être responsables de la sortie comportementale en fonction de ce qui vient d’être perçu et du traitement qui a été fait. Les neurones à dopamine vont de façon divergente vers ces différentes structures : le cortex préfrontal, le noyau accumbens, le striatum, et l’amygdale baso-latérale

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Le cortex préfrontal est particulièrement important, plus développé chez l’homme que chez les autres mammifères. Il permet de faire un autre traitement que le traitement rapide Le cortex préfrontal permet : -L’inventaire du stock de la mémoire à court terme, - L’élimination des interférences. - Le rassemblement des éléments nécessaires à la réalisation d’une tâche. Le cortex préfrontal est donc capable de maintenir en mémoire une information. Cette persistance de l’information permet un autre type de traitement, affranchi des contraintes temporelles.

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L’exemple nous est donné en effectuant un test sur le singe

A - On propose au singe une récompense qui est à droite. - On cache la récompense et on baisse un rideau ce qui fait que le singe n’est plus en contact avec cette récompense pendant un certain temps. - On relève le rideau et le singe pourra aller trouver la récompense. B - On change le bonbon de place, on ferme le rideau, on rouvre C’est ce qu’on appelle l’alternance différée. Alternance, parce que le singe doit apprendre que c’est une fois à droite, une fois à gauche Différée, parce qu’il y a ce rideau baissé qui fait qu’il n’y a plus de contact visuel avec la récompense et que l’animal est obligé de retenir l’information. Cette rétention d’information est effectuée par le cortex préfrontal. Si on retire la dopamine du cortex préfrontal l’animal répond au hasard. Sur un singe bien entraîné, il arrive à retenir l’information jusqu’à 17 secondes. Le rat est capable de faire des alternances différées avec des délais de trois secondes. Chez l’homme on ne peut plus faire ce genre de tests car il élabore des stratégies.

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En résumé, d’une part il y a les entrées, les afférences visuelles, auditives, olfactives stimulation d’un réseau neuronal avec coïncidence ou non d’un bassin attracteur. S’il y a coïncidence, la réponse sera très courte (de 200 à 500 millisecondes) et on n’y a pas accès consciemment. On peut en avoir conscience soit parce que l’on décide de se concentrer sur une situation soit parce qu’il y a une incohérence entre l’événement perçu et le stock. Dans ce cas, on fait un nouveau traitement qui va activer les neurones modulateurs, et entraîner le traitement cortical, cognitif, à plus long terme. Cela va permettre, pendant cette rétention de l’information, d’aller chercher cette information à différents niveaux dans le système nerveux central et finalement d’avoir une sortie cognitive, liée à l’existence d’un traitement à long terme. Mais, et c’est un point important, nous ne sommes pas capables de stocker l’information en cognitif, on peut garder du cognitif tant que l’on est en contact avec la réalité extérieure. Dès que la réalité extérieure a disparu, on est obligé de ramener le traitement cognitif en analogique, c’est-à-dire que l’on va fabriquer des bassins attracteurs, qui vont par la suite nous servir à traiter de nouvelles informations. Ce retour du cognitif vers l’analogique nous oblige à éliminer un certain nombre d’informations et à ne garder que ce que nous considérons, souvent inconsciemment, comme éléments saillants. Pendant les premiers mois de la vie, les systèmes modulateurs ne sont pas encore en place, ils ne sont pas matures, et l’enfant pendant quelques mois ne va faire que du traitement analogique. Il va être sensible aux événements, aux perceptions physiques et à la simultanéité de ces perceptions physiques. Il va donc stocker des informations selon ce modèle, qui progressivement, va permettre du traitement cognitif à partir de 12/15 mois, de se développer et d’atteindre son maximum, vers l’âge de 20 ans.

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Ce traitement cognitif va entraîner des modifications des bassins attracteurs, toujours fondés au départ sur les bassins attracteurs des premiers mois, qui vont servir de base et être utilisés au fur et à mesure.

En conclusion, Il y a deux niveaux

1 - Le traitement analogique est un traitement qui utilise des bases génétiques. C’est la génétique qui va décider de l’ordre et de la vitesse de traitement . Il suffit d’une petite modification de protéine sur les canaux, pour permettre de gagner quelques micro-secondes et ce temps, amplifié par les cent milliards de neurones va permettre d’avoir un traitement plus rapide et plus complet avec plus d’informations stockées en un temps relativement court. Il y a aussi un phénomène génétique en ce qui concerne le temps pendant lequel on peut retenir cette information, la maintenir en mémoire. Là encore il y a des processus de canaux et des processus d’activation. 2 – Le traitement cognitif Bien que toujours dépendant des bases génétiques, le traitement cognitif, dans la mesure où la décision de son activation dépend de critères affectifs, est beaucoup moins sensible aux éléments purement génétiques. Un sujet en situation de stress insupportable va provoquer une activation telle qu’il ne pourra pas faire de traitement cognitif. En revanche, un sujet dans une situation d’ennui total, ne fera aucun effort et son absence de motivation ne lui permettra pas d’utiliser ce traitement cognitif. L’affectivité intervient donc de façon cruciale sur cette partie du traitement de l’information.

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