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Comprenons-nous notre cerveau ?

Neurosciences, Santé

Coordinateur : Claude Meunier

Cycle de 24 heures, 12 séances de 2 heures
Lundi 15h-17h
A partir du lundi 9 janvier 2023

Campus Saint-Germain-des-Prés
Ce cours est proposé sous forme hybride, en présentiel et à distance (via Zoom).

Un cycle de 24 heures de cours proposé par l’Institut Neurosciences et Cognition

Nos connaissances sur le cerveau ont explosé, même si nous sommes peut-être toujours aussi loin de comprendre son fonctionnement. De vieux mythes ont cependant la vie dure. Nous n’utiliserions que 10% de notre cerveau, l’évolution nous a légué trois cerveaux empilés etc., De nouvelles questions apparaissent aussi dans le public. L’expérimentation animale peut-elle nous permettre de comprendre et soigner le cerveau humain ? Le cerveau a-t’il un sexe ? Qu’est-ce donc que l’épigénétique ? La glie, qu’est-ce que c’est ?

Le but de ce cycle de cours est de faire, en partant de telles idées reçues ou questions, un état, nécessairement très partiel, des connaissances récemment acquises en Neurosciences et Sciences cognitives. Il apportera au public une vision nouvelle du fonctionnement de notre cerveau. Une vision qui est aujourd’hui largement partagée dans la communauté scientifique mais qui est appelée à changer, parfois même radicalement. Plus qu’une marche triomphale vers une vérité définitive, la science n’est-elle pas, à l’instar de la Philosophie ou de l’Histoire, un passionnant et indispensable questionnement.

COORDINATEUR

Claude Meunier, Directeur de Recherche CNRS, est le Directeur de l’Institut Neurosciences et Cognition. Il applique ses compétences en Physique théorique aux Neurosciences.

1. Utilisons-nous tous nos neurones ? - Claude Meunier

Un mythe populaire veut que nous n’utilisions que 10% des neurones de notre cerveau et soyons loin d’exploiter son potentiel. Qu’en est-il ? Comment notre cerveau est-il mobilisé lors de l’exécution d’une tâche ?
Franz Joseph Gall eut dès 1796 l’extraordinaire intuition que les différentes fonctions corticales étaient localisées dans des aires particulières, intuition qui donna malheureusement très vite naissance à la phrénologie. La localisation des fonctions cérébrales est maintenant amplement confirmée, tant pas les études des déficits dont souffrent des patients, l’expérimentation animale que l’imagerie fonctionnelle. Le cerveau est de plus latéralisé, comme le montre bien l’exemple du langage.
Toutefois, l’exécution d’une tâche met en œuvre de nombreuses zones cérébrales interconnectés, voire une grande partie du cerveau. Perception, motricité et cognition notamment sont indissociables. Ce cours expliquera pourquoi activité distribuée du cerveau et localisation des fonctions ne sont pas du tout inconciliables, et montrera qu’un réseau de structures cérébrales s’active lors d’une tâche, mais aussi quand nous ne faisons rien !

2. Le cervelet, cet illustre inconnu - Claude Meunier

Le cervelet ne constitue que 10% du volume cérébral mais il regroupe les trois quarts de nos neurones, fonctionne en boucle avec multiples aires corticales et structures sous-corticales et a grossi autant que le néocortex au fil de l’évolution des vertébrés. Pourquoi ? A quoi sert-il donc ?
On a longtemps pensé que le cervelet était dédié au contrôle moteur, comme le suggéraient les ataxies cérébelleuses. Cela n’explique cependant ni son rôle dans la perception, ni les perturbations du langage et de la gestion des émotions causées par les lésions, ni la très forte corrélation entre développement anormal du cervelet autour de la naissance et risque d’autisme.
La zoologie comparée montre que la taille du cervelet augmente avec la capacité de traitement des informations sensorielles. L’exemple le plus frappant est celui des poissons faiblement électriques. Leur énorme cervelet leur permet de prédire le retour attendu sur leurs capteurs électriques et de mettre en relief les événements inattendus provenant de leur environnement. L’idée que le cervelet est plus généralement un prédicteur permettant de focaliser le cerveau sur les événements nouveaux et importants fait son chemin.

3. Manger ou ne pas manger…Telle est la question ! - Céline Cruciani-Guglielmacci

En France et dans les pays développés ou émergents, le surpoids et l’obésité sont en constante augmentation et s’accompagnent de co-morbidités telles que le diabète ou les maladies cardiovasculaires. Il est donc fondamental de comprendre les mécanismes de la prise alimentaire, en effet l’attrait pour des nourritures hypercaloriques joue un rôle majeur dans l’apparition de l’obésité. Le cerveau contrôle la prise alimentaire via deux composantes principales : la régulation homéostatique qui prend sa source au niveau de l’hypothalamus et permet d’éviter les carences en énergie, et la régulation non-homéostatique qui met en œuvre d’autres régions du cerveau (striatum) et concerne le plaisir lié à la prise de nourriture (et donc, dans certains cas, les comportements addictifs). Nous verrons que l’étude de modèles de rongeurs (souris, rats à qui l’on propose différents types de régime alimentaire) permet de disséquer certains de ces mécanismes, et également de tester la motivation à fournir un effort pour obtenir de la nourriture. La recherche dans ce domaine a permis d’isoler certaines molécules à effet coupe-faim, cependant les effets secondaires sont nombreux (troubles de l’humeur, induction de comportements dépressifs…).


Céline Cruciani-Guglielmacci
(PU U-Paris-Cité, BFA, UMR 8251 CNRS) est professeure à Université Paris Cité, dans le laboratoire de Biologie Fonctionnelle et Adaptative. Experte dans le domaine du métabolisme du glucose et de l’homéostasie énergétique, elle a publié plus de cinquante articles depuis 2001.

4. Quand l’épigénétique rebat les cartes - Valérie Lallemand-Mezger

L’ADN fait environ deux mètres et doit être donc fortement compacté pour rentrer dans le noyau des cellules. Cette compaction s’effectue par enroulement autour de petites « bobines » de protéines, les histones, ce qui empêche l’accès à de grands pans de l’information génétique aux machineries cellulaires qui la lisent, la transcrivent et la traduisent en protéines. Or l’ouverture ou la fermeture de régions de l’ADN définit le devenir des cellules. Le défi est donc pour une cellule comme un neurone ou une cellule gliale d’ouvrir ou garder ouverts les programmes spécifiques à sa destinée à travers les divisions cellulaires, en rendant accessibles certaines régions de l’ADN de façon très contrôlée dans le temps. Il est aussi crucial de fermer ou maintenir fermés les autres programmes. Les mécanismes épigénétiques régulent l’accès à l’information génétique grâce à des modifications chimiques des histones et de l’ADN, sans changement de la séquence de l’ADN.

Les multiples étapes régissant le développement du cerveau sont à la fois étroitement contrôlées par ces mécanismes épigénétiques et extrêmement sensibles aux agressions environnementales prénatales. Nous discuterons ces mécanismes, leur rôle dans le développement normal du cerveau et leur implication dans les maladies développementales.


Valérie Lallemand-Mezger
(DR CNRS, DU EDC, UMR 7216 CNRS) est Directrice de Recherche CNRS et Directrice de l’unité de recherche Epigénétique et Destin Cellulaire (UMR 7216 CNRS) à Université Paris Cité

5. La modèlisation moléculaire ouvre de nouvelles pistes pour soigner les maladies du système nerveux - Francine Acher

Pour développer de nouveaux médicaments, il est nécessaire d’identifiier d’abord de nouvelles molécule-cibles et de déterminer leur structure tridimensionnelle. De nombreuses pathologies du systèmes nerveux sont liées à un dysfonctionnement de la transmission synaptique par le glutamate, le principal neurotransmetteur excitateur. Ce transmetteur est libéré dans la fente synaptique et active des récepteurs « ionotropiques », essentiels pour la transmission synaptique; mais aussi des récepteurs « métabotopiques » (mGlu). Ces dernières protéines ont un module la transmission glutamatergique et à ce titre représentent d’excellentes cibles thérapeutiques.

On montrera comment la structure des récepteurs mGluR a été générée, validée puis utilisée pour un criblage virtuel à l’aide de larges bibliothèques de produits commerciaux. Une « touche » a été identifiée, puis optimisée chimiquement. Elle a démontré l’effet bénéfique de l’activation de récepteurs mGlu dans des modèles animaux de la maladie de Parkinson, de douleur chronique et d’épilepsie.


F. C. Acher
est directrice de recherche émérite au CNRS et travaille au SPPIN au sein d’Université Paris Cité. Elle s’est investie dans de nombreux projets à l’interface de la chimie et des neurosciences. https://www.youtube.com/watch?v=0_9oZlM9Zk0

6. Les astrocytes, nouvelles stars du cerveau - Cendra Agulhon

Qui pense au cerveau, pense aux neurones. La neuroglie qui les entoure a pourtant été découverte dès 1856 par Rudolph Virchow et les cellules gliales, notamment les astrocytes, sont tout aussi nombreuses que les neurones. Longtemps les scientifiques ont pensé que les astrocytes formaient le tissu conjonctif du cerveau et servaient à satisfaire les besoins métaboliques des neurones. Ces partenaires des neurones ont en fait bien d’autres fonctions absolument essentielles au bon fonctionnement des neurones. Par exemple, sans astrocytes, les neurones ne seraient pas capables de former des synapses fonctionnelles entre eux, ces points de contact permettant la formation des réseaux neuronaux, la perception du monde extérieur et la mémoire.
Qu’en est-il vraiment ? Comment les astrocytes interagissent-ils avec les neurones pour permettre au cerveau de traiter les informations qui y circulent en permanence, en provenance notamment des récepteurs de nos sens (vue, ouïe, odorat, toucher, goût, proprioception). Comment les astrocytes participent-ils aux fonctions cognitives ? Comment sont-ils impliqués dans des pathologies comme l’autisme, la schizophrénie ou la maladie d’Alzheimer ? Ce cours répondra à ces questions à la lumière des dernières avancées de ce domaine de recherche très actif.


Cendra Agulhon
, Chargée de Recherche CNRS, dirige une équipe de recherche sur les interactions neurones-glie au Centre de Neurosciences Intégratives et Cognition (UMR 8002 CNRS). (CR CNRS, INCC, UMR 8002 CNRS)

7. Les épilepsies : Des maladies toujours méconnues malgré de récents progrès - Stéphane Auvin

Les épilepsies sont un groupe hétérogène de maladies qui peuvent débuter aussi bien au premier jour de la vie qu’à l’âge adulte. Elles commencent le plus fréquemment aux âges extrêmes de la vie. Au-delà des crises d’épilepsie proprement dites, ces maladies sont très souvent associées avec des comorbidités cognitives ou psychiatriques. Même si Hippocrate avait déjà dit que l’épilepsie n’avait aucun lien avec des phénomènes surnaturels, elle a longtemps eu une image négative qui perdure malheureusement aujourd’hui avec de fausses idées sur leur cause et leur prise en charge. Malgré l’existence d’une trentaine de médicaments, 20 à 30% des patients continuent malheureusement à faire des crises. On parle alors de pharmacorésistance. Toutefois dernières années ont vu de nombreux progrès sur le plan diagnostique, avec les progrès de l’imagerie médicale et de la génétique, et aussi l’apparition de nouvelles modalités de traitements et les premiers pas de la médecine personnalisée.
Biographie


Stéphane Auvin
, Professeur d’Université-Praticien Hospitalier à Université Paris Cité et Chef du service de Neurologie Pédiatrique au CHU Robert Debré, est spécialiste des épilepsies de l’enfant et de l’adolescent.

8. Quantifier le comportement humain - Pierre-Paul Vidal

L’Internet de l’objet et l’Intelligence Artificielle ouvre de nouveaux horizons pour quantifier le comportement humain sur le terrain. Ces outils permettent de corriger et de fouiller des bases de données qui permettront de mieux comprendre le comportement humain dans des domaines aussi divers que la médecine, le sport, la défense, et chez les opérateurs d’interfaces complexes homme-machine. La maîtrise des bases de données sur le comportement humain devient donc logiquement un des enjeux politique et économique majeurs du XXIe siècle et une clef indispensable pour comprendre le fonctionnement cérébral. Nous développerons et illustrerons ces propos à l’aide études menées au Centre Borelli sur des personnes atteintes de déficits neurologiques, sur l’anesthésie, sur les rugbymen de l’équipe de France et sur des pilotes d’hélicoptère. Ces exemples nous serviront de base pour discuter du fonctionnement cérébral, et notamment du couplage intime entre perception et action, la sensorimotricité.


Pierre-Paul Vidal
(DR CNRS émérite, Centre Borelli, UMR 9010 CNRS) est médecin, Directeur de recherche CNRS Emérite au Centre Borelli, Professeur à l’Université Hangzhou Dianzi (Chine) et Professeur associé à l’Universit à Cattolica del Sacro Cuore

9. Le cerveau, un organe étonnamment gras - Delphine Meffre

Le cerveau est l’un des organes le plus gras du corps humain. Les prolongements de nos neurones sont en effet enveloppés d’une substance blanche, brillante et extrêmement riche en lipides et en cholestérol, appelée myéline. Les cellules qui la fabriquent, les oligodendrocytes, ont été longtemps négligés en Neurosciences au profit des neurones. Pourtant, neurones et oligodendrocytes fournissent un exemple unique, non seulement dans le cerveau mais même dans l’organisme entier, de relation symbiotique étroite entre cellules.
La myéline joue un rôle crucial dans le fonctionnement du cerveau et ses performances, en permettant notamment la transmission des messages électriques entres neurones. Elle est donc impliquée dans les fonctions motrices, sensorielles et mêmes intégratives de notre système nerveux. L’importance de cette couche de lipides est soulignée par les pathologies démyélinisantes du système nerveux, souvent très invalidantes, telles que la sclérose en plaques.
A travers les pouvoirs extraordinaires des oligodendrocytes, capables de synthétiser jusqu’à cent fois leur poids en myéline, ce sont les secrets de la substance blanche qui vous seront révélés.


Delphine Meffre
 (MCU U-Paris-Cité, T3S, UMR S1124 INSERM), Docteur en Neurosciences et Maître de conférences à l’Université de Paris, mènent des recherches à l’UMR INSERM S-1124 sur la protection et la réparation de la myéline.

10. Décrypter le cerveau humain grâce aux modèles animaux, mythe ou réalité ? - Nicolas Marie

Du fait de son incroyable complexité et pour des raisons éthiques évidentes, le cerveau humain nous reste encore largement inaccessible. Si, les neurosciences ont fait d’incroyables progrès au fil des années et ont maintenant développé de nombreuses approches non invasives, il n’en reste pas moins que les modèles animaux, qui sont devenus de plus en plus divers et complexes, conservent une place de choix. On peut toutefois s’interroger légitimement sur leurs capacités à rendre compte des fonctions cognitives de notre cerveau, de notre comportement et des maladies qui affectent notre système nerveux et notre psychisme.
Au-delà du débat de société sur l’expérimentation animale, ce cours se propose d’exposer de manière critique les apports des modèles animaux dans la compréhension du cerveau à travers des exemples puisés notamment dans les maladies neurologiques ou psychiatriques. Ce sera l’occasion de souligner les succès et limites de ces modèles mais aussi d’évoquer les espoirs suscités par de nouvelles approches alternatives ou complémentaires.


Nicolas Marie
(CR CNRS, T3S, UMR S1124 INSERM) est Chargé de Recherche au CNRS. Il mène des recherches précliniques sur la dépendance aux drogues dans l’équipe « Pharmacologie et thérapies des addictions » de l’ UMR-S INSERM 1124.

11. L’ocytocine. Vers une biologie de l’attachement? - Carole Levenes

L’ocytocine est une neuro-hormone, principalement synthétisée dans l’hypothalamus, qui permet de stimuler l’émission de lait ainsi que les contractions utérines, notamment lors de l’accouchement. Outre cette fonction liée à la maternité, l’ocytocine exerce également de multiples effets sur le cerveau, et on l’a parfois qualifiée d’« hormone de l’amour ». La réalité est plus complexe et plus subtile. Si l’ocytocine favorise bien les liens sociaux, par son effet sur la confiance accordée à l’autre, l’empathie, la générosité, la sexualité, le lien conjugal et la réponse au stress, des travaux récents montrent qu’elle peut également contribuer à des comportements de nature défensive, comme, par exemple, les comportements protecteurs des parents envers leurs petits.
Ensemble, nous voyagerons dans le temps et à travers les espèces pour suivre la piste des chercheurs pionniers du domaine et dresser un panorama contemporain des effets complexes et fascinants d’une hormone très ancienne dans l’évolution et dont les fonctions sont multiples. Nous découvrirons que le rôle principal de l’ocytocine, s’il en est un, est de contribuer à notre survie en nous adaptant continuellement et de façon fine et très sensible à nos relations à l’autre, « l’autre » pouvant être de la même espèce… ou pas.
Dame Nature aurait-elle choisi l’ocytocine pour nous faire comprendre que l’attention et le soin à l’autre est un élément essentiel à notre survie ?


Carole Levenes
(CR CNRS, INCC, UMR 8002 CNRS), spécialiste du cervelet, est Chargée de Recherche CNRS au Centre de Neurosciences intégratives et Cognition (UMR 8002).

12. Déchiffrer l’émergence de la diversité neuronale - Vanessa Ribes

Ce cours aborde la formation des neurones de la moelle épinière embryonnaire au travers de cinq grandes questions :
Que sont les neurones de la moelle épinière ?
Pourquoi sont-ils essentiels à notre fonctionnement ?
De quel tissu embryonnaire dérivent-ils ?
Comment sont-ils engendrés ?
Quels sont les enjeux sociétaux des projets de recherche sur ces questions ?


Vanessa Ribes
(CR INSERM, IJM, UMR 7592 CNRS) est Chargée de Recherche à l’INSERM. Elle a développé à l’Institut de myologie (Paris) un projet de recherche original singulier sur la régulation du développement neuronal dans la moëlle épinière, ce qui l’a conduite à monter sa propre équipe de recherche à l’institut Jacques Monod.

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