Chimie du cerveau

CORTEX EN IRM
CORTEX EN IRM

 

Le Cerveau - est plus grand que le Ciel -
Mettez-les côte à côte -
L'un contient l'autre
Sans problème - et Vous - en plus -
Le Cerveau est plus profond que la Mer -
Tenez-les - Bleu pour Bleu -
L'un absorbe l'autre -
Comme l'Eponge - l'eau - d'un Seau -
Le Cerveau pèse exactement le poids de Dieu -
Soupesez-les - Livre par Livre -
La différence - si elle existe -
Est celle de la Syllabe au Son -


Emily Dickinson, Le Paradis est au choix, extrait.

 


Ask your brain...

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- 1 - Un cerveau, trois cerveaux, des cerveaux...

 

« Tant qu'on n'aura pas diffusé très largement à travers les hommes de cette planète la façon dont fonctionne leur cerveau, la façon dont ils l'utilisent et tant que l'on n'aura pas dit que jusqu'ici cela a toujours été pour dominer l'autre, il y a peu de chance qu'il y ait quoi que ce soit qui change. »

Henri Laborit « Mon oncle d’Amérique »

 

 

Je vais évoquer ici la chimie (biochimie) du cerveau en décrivant la structure et le rôle de ces messagers chimiques appelés neurotransmetteurs.

 

On sait que les courants électriques chargés de propager l’influx nerveux le long des axones sont incapables de franchir la fente synaptique. La transmission à travers cet espace est réalisée grâce aux neurotransmetteurs.

 

 

                                                                    Le cerveau 

 

 

 

Au préalable il est bon de revoir ses fondamentaux à propos du cerveau.

 Très peu compétent en anatomie et physiologie, je vous renvoie à deux sites vulgarisateurs de bonne qualité :

 

- on trouvera une description anatomique sur le site Anatomie humaine,

 

- on aura un aperçu assez complet sur le site généraliste Le cerveau à tous les niveaux, financé par l'Institut des neurosciences, de la santé mentale et des toxicomanies (INSMT), l'un des 13 instituts de recherche en santé du Canada (IRSC).

 

Les trois cerveaux

 

En fait nous n’aurions pas un… mais trois cerveaux qui retracent l'évolution de l'humanité :

 

- le cerveau reptilien (le cerveau des comportements de survie immédiate : boire, manger, se reproduire),

- le cerveau limbique (celui de l’affectivité, de la mémoire),

- le cerveau cortical (qui permet de créer, de réaliser un processus imaginaire… le propre de l’homme ?!). 

 

Cette théorie du cerveau triunique - due à Paul Mac Lean (1969)- repose sur le fait que l'évolution du cerveau humain s'est faite en plusieurs phases, qui correspondent à l'apparition des différentes classes phylogénétiques d'animaux. Le cortex (écorce) cérébrale est la structure la plus récente, elle est située à la périphérie du cerveau. Il n'aurait que 3.6 millions d'années.

 

Le neurobiologiste (mais aussi étho(euto)logue, philosophe…) Henri Laborit (qui a inspiré le film d’Alain Resnais, Mon oncle d’Amérique) à repris, remanié et développé le concept de Mac Lean.

 

Il est l’auteur de nombreux ouvrages sur le fonctionnement du cerveau et des comportements qui en découlent. Dans «  L’agressivité détournée », il décrit ainsi le rôle du cortex orbitalaire :

 

Ce cortex orbito-frontal représente dans sa partie antérieure non spécifique, ce que  nous avons souvent appelé  " le mélangeur ". Mélangeur de quoi ? Mélangeur des éléments mémorisés, aboutissant à la construction de nouvelles structures. Nous savons que le vieux cerveau des mammifères en fait déjà tout autant à partir des acquis sensoriels. Le cortex orbitaire réalisera le " mélange ", l'association à un niveau d'intégration supérieur, à partir des images, en d'autres termes à partir des activités nerveuses, déjà intégrées dans le cerveau sous-cortical.

 

Mais ces associations ne se font pas au hasard, elles sont elles-mêmes motivées et elles le sont par des connexions sous-jacentes, par les affects, par les pulsions, les émotions et les expériences engrammées (Trace biologique de la mémoire).

 

Henri Laborit, L'Agressivité détournée (1970)

 

Dans cette " Introduction A une Biologie du Comportement Social ", autre titre de l'ouvrage, le neurobiologiste propose, à partir du fonctionnement du cerveau, une origine pour nos comportements :

 

Les trois étages du cerveau doivent fonctionner ensemble et, pour cela ils sont reliés par des faisceaux :

 

- le faisceau de la récompense (dont j’ai déjà pas mal parlé),

- le faisceau de la punition (qui débouche sur un comportement de fuite ou de lutte)

- le faisceau de l’inhibition de l’action.

 

A partir de ce fonctionnement complexe, on observe 4 types de comportements :

- le comportement de consommation. C’est le plus basique, il n’a pour but que d’assouvir les besoins fondamentaux,

- le comportement de gratification. On essaie de renouveler toute expérience qui aboutit au plaisir,

- le comportement en réponse à la punition : soit par la fuite qui l’évite, soit par la lutte.

Si la lutte est victorieuse, on retrouve le plaisir et la gratification, sinon retour à la case punition.

- le comportement d’inhibition qui provoque angoisse ou stress.

 

C’est ce comportement de loin le plus complexe, qui suscite depuis Freud le plus de travaux.

 

Pour Laborit, l’humain est donc totalement déterminé par sa biologie (je rajouterai que sa biologie est fonction de sa chimie !) et son milieu. Il ne peut exister entre individus que des relations de dominance.

 

Dans un ouvrage majeur, L’éloge de la fuite (1976), il écrit notamment :

 

-          à propos de l’amour :

 « Le mot de passe qui permet d’ouvrir les cœurs, les sexes, les sacristies et les communautés humaines. Il couvre d’un voile prétendument désintéressé, voire transcendant, la recherche de la dominance et le prétendu instinct de propriété… Il fournit une tunique honorable à l’assassin, à la mère de famille, au prêtre, aux militaires, aux bourreaux, aux inquisiteurs, aux hommes politiques

 

- à propos du bonheur :

 « C’est bien dans la fuite vers l’imaginaire qu’il réside. »

 

- à propos de la liberté :

 « Notion difficile à admettre que l’absence de liberté humaine, car elle aboutit à l’écroulement de tout un monde de jugements de valeur sans lequel la majorité des individus se sentent désemparés. L’absence de liberté implique l’absence de responsabilité, et celle-ci surtout implique à son tour l’absence de mérite, la négation de la reconnaissance sociale de celui-ci, l’écroulement des hiérarchies…

 

Ce que nous appelons liberté, c’est la possibilité de réaliser les actes qui nous gratifient, de réaliser notre projet, sans nous heurter au projet de l’autre. Mais l’acte gratifiant n’est pas libre. Il est même entièrement déterminé. Pour agir, il faut être motivé et nous savons que cette motivation, le plus souvent inconsciente, résulte soit d’une pulsion endogène, soit d’un automatisme acquis et ne cherche que la satisfaction, le maintien de l’équilibre biologique, de la structure organique…


La sensation fallacieuse de liberté s’explique du fait que ce qui conditionne notre action est généralement du domaine de l’inconscient, et que par contre le discours est, lui, du domaine du conscient. C’est ce discours logique qui nous permet de croire au libre choix. Mais comment un choix pourrait-il être libre alors que nous sommes inconscients des motifs de notre choix, et comment pourrions-nous croire à l’existence de l’inconscient puisque celui-ci est par définition inconscient
? »

 

Eloge de la Fuite, Henri Laborit

 

Mac Lean et Laborit ont depuis été critiqués, contestés… peu importe, ils ont ouvert un chemin qui est loin d’être une impasse.

 

D’ailleurs, Les trois cerveaux se multiplient !

 

La sexologue Catherine Solano, par exemple, parle d’un cerveau triunique à propos de sexualité : Le cerveau sexuel pulsionnel, Le cerveau sexuel émotionnel, Le cerveau sexuel cognitif.

 

Pour moi, il n’y a pas deux cerveaux identiques, il y a des milliards de cortex différents… Il n’y a pas non plus une forme d’intelligence, mais une infinité de formes d’intelligence.

 

Nous sommes d’ailleurs tous beaucoup plus intelligents que nous ne le pensons : nous sous-utilisons dramatiquement notre cerveau ! Je reviens à la citation initiale de Laborit : apprendre à comprendre le fonctionnement de son cerveau et apprendre à s’en servir, devraient constituer un objectif pédagogique primordial.

 

 

Cerveau en IRM
Cerveau en IRM

- 2 - Les neurotransmetteurs

Les neurotransmetteurs, messagers chimiques

 

 

Les messagers chimiques

 

Les neurotransmetteurs font partie des messagers chimiques, molécules qui sont impliquées dans différents types de communication cellulaire.

 

Il existe différentes familles de molécules de signalisation :

- les neurotransmetteurs,
- les hormones et neurohormones,
- les cytokines.
- des gaz (NO, CO)

- et quelques autres ...

 Grâce à ces messagers une communication cellulaire pourra s'établir. Elle est fonction de la nature des cellules qui émettent et/ou reçoivent le signal moléculaire et la disposition de ces cellules les unes par rapport aux autres.

 

Si l’on considère le mécanisme d’action des messagers chimiques au niveau des cellules réceptrices, on a deux cas de figure :

 

-   les messagers chimiques interagissent avec les récepteurs membranaires des cellules cibles. Il s’agit alors de molécules hydrosolubles (elles ne peuvent pas traverser la membrane plasmique hydrophobes), comme les hormones peptidiques, les cytokines et les neurotransmetteurs,

 

ou alors les messagers chimiques pénètrent dans cellules cibles et interagissent avec des récepteurs intracellulaires. Il s’agit de molécules liposolubles comme les hormones stéroïdiennes ou thyroïdiennes.

 

Les prostaglandines, pourtant liposolubles réagissent avec des récepteurs membranaires.

 

La communication endocrine est une communication qui relie des cellules situées à distance les unes aux autres. Les cellules émettrices (appartiennent aux glandes endocrines) émettent des signaux chimiques par les molécules de signalisation (hormones). Ces dernières atteignent par la circulation sanguine les cellules cibles.

 

Les cellules cibles peuvent dans certains cas se comporter comme de véritables cellules émettrices en synthétisant d'autres hormones. Les nouvelles hormones peuvent agir soit sur la première cellule émettrice par rétroaction (feed back), soit sur une autre cellule cible (actions en cascade). Cela permet le contrôle de la synthèse des hormones et l'ajustement précis de leurs effets sur les organes cibles.

 

La communication paracrine : elle est le moyen utilisé par des cellules voisines dont la proximité rend inutile l'utilisation de la circulation sanguine pour amener un message à distance de son lieu d'origine.


La communication neurocrine est semblable à la communication paracrine mais ne s'établit qu'entre 2 cellules nerveuses (synapse neuro-neuronale) ou entre une cellule nerveuse et une cellule musculaire (synapse neuromusculaire).

 

Si l’on considère le mécanisme d’action des messagers chimiques au niveau des cellules réceptrices, on a deux cas de figure : 

 

L'interaction entre les molécules de signalisation (en se liant d'où le terme de ligand) et leurs récepteurs aboutit à 3 types de modifications du comportement cellulaire :

- changements de perméabilité membranaire vis-à-vis des ions et de l'eau,
- modifications des activités enzymatiques à la surface et à l'intérieur de la cellule,
- modifications des activités transcriptionnelles.

 

Mode d’action d’un neurotransmetteur

 

 Le cerveau est constitué de cent milliards de cellules nerveuses : les  neurones. Les neurones sont parcourus à chaque instant de décharges électriques, qui acheminent l'information.

 Le signal est reçu au niveau des dendrites, il est envoyé à la cellule, et il déclenche (ou pas) un signal-relais qui voyage le long de l’axone jusqu’aux dendrites des autres neurones.

 

Comment le message est transmis

 

Au bout des axones, il y a de petites protubérances appelées terminaux synaptiques. Ces terminaux sont reliés aux dendrites d’autres neurones. Les terminaux synaptiques ne sont pas directement au contact des dendrites.

 

Entre eux s'étend un espace infime que l'on appelle synapse.

 

La synapse est l’endroit précis où le signal passe d’une cellule à l’autre.

 

Pour acheminer ce signal à travers l’espace étroit de la synapse, le terminal synaptique d’un neurone va le plus souvent utiliser une substance qu'il stockait jusqu'alors dans de petites vésicules, et la libérer dans l’espace qui le sépare des dendrites du neurone voisin.

 

Cette substance est le neurotransmetteur. Il attend dans ses vésicules qu’une impulsion électrique, après avoir parcouru l’axone, le propulse de l’autre côté de l’espace synaptique.

 

Il traverse alors la petite distance qui le sépare de la paroi d’une dendrite et va interagir avec ses récepteurs.

 

L’arrivée du neurotransmetteur dans les récepteurs déclenche une série de réactions biochimiques qui donne naissance à un signal électrique.

 

Au niveau de la membrane cellulaire il existe 2 grandes catégories de récepteurs : ionotropiques et métabotropiques.

 

                Les récepteurs ionotropiques sont essentiellement présents dans le système nerveux, on les appelle aussi récepteurs ligand dépendants ou récepteur canaux, ce sont des récepteurs pour les neurotransmetteurs. Ils ont une structure biochimique complexe composée de plusieurs sous-unités protéiques (polymères de plusieurs chaînes d’acides aminés) qui délimitent un canal au travers de la membrane plasmique.

La fixation du messager extracellulaire (le ligand) entraîne l’ouverture du canal transmembranaire perméable plus ou moins sélectivement aux ions. En vertu des forces physicochimiques (gradients électrochimiques) qui s’exerce sur les ions, ceux-ci sortent ou entrent dans la cellule, au travers du canal, et modifie très rapidement (en quelques millièmes de seconde) les caractéristiques électriques de la membrane plasmique. Ces modifications quasi-immédiates de l’état de charge électrique de la membrane plasmique joue sur l’excitabilité de la cellule cible.

 

                Les récepteurs métabotropiques sont plus largement distribués dans l’organisme et concernent la réception des signaux véhiculés par la plupart des ligands (neurotransmetteurs, hormones, facteurs trophiques…).

Ce sont des protéines transmembranaires (généralement monomériques : une seule chaîne d’acides aminés) dont la structure ne délimite pas de canal ionique mais qui, au niveau de leurs faces intracellulaires, s’associent avec d’autres protéines qui constitue un système de réaction en chaîne : le système de transduction. Celui-ci assure donc la transduction du message extracellulaire, c'est-à-dire la transmission du signal au travers de la membrane puis sa traduction en un nouveau messager intracellulaire interprétable par la cellule en terme de réponse physiologique

 

A la différence des récepteurs ionotropiques, l’action d’un récepteur métabotropique est lente à cause des réactions enzymatiques en cascade nécessaire à la genèse des seconds messagers et de l’action des seconds messagers sur les protéines présentes dans la cellules pour induire finalement la réponse physiologique. La latence d’une réponse cellulaire finale initiée via un récepteur métabotropique peut être de l’ordre de grandeur de la minute, voire de l’heure.

 

Images ci-dessous extraites du cours du Pr Chantal Proulx

 

 

 

 

La liaison du transmetteur (la clé) au récepteur (la serrure) provoque généralement l'ouverture d'un canal ionique. Si le canal ionique laisse entrer des ions positifs (Na+ ou Ca++), le flux de courant positif entraîne une excitation.

 

La complexité des opérations neuronales nécessite souvent que l'excitation de certains neurones soit accompagnée par la cessation d'activité d'autres neurones. Ceci est rendu possible par l'inhibition. Dans les synapses inhibitrices, l'activation des récepteurs provoque l'ouverture de canaux ioniques qui laissent entrer des ions chargés négativement.

 

Le GABA et la glycine sont par exemple deux aminoacides  neurotransmetteurs inhibiteurs

 

Il faut noter que les neurones libèrent bien d'autres substances chimiques. Beaucoup d'entre elles influent sur les mécanismes nerveux en interagissant avec des ensembles de protéines membranaires formant des récepteurs métabotropiques (voir plus haut).

 

Quand un neurotransmetteur est reconnu et lié à un récepteur métabotropique, des molécules-ponts appelées protéines-G, sont activées en même temps que d'autres enzymes liées à la membrane.

 

Les neurotransmetteurs ont de multiples fonctions, et il est délicat d’attribuer à chacun un rôle bien précis sur tel ou tel aspect de notre comportement.

Plus loin, nous évoquerons cet aspect.

 

Structure chimique de quelques neurotransmetteurs

 

Quatre grands groupes de neurotransmetteurs sont connus :  l'acétylcholine, des amines, des acides aminés et enfin des peptides.

 

Tableau des Neurotransmetteurs

 

Classe I : Acétylcholine

Classe II - Les Amines : Noradrénaline, Adrénaline, Dopamine, Sérotonine, Histamine

Classe III - Les Acides Aminés : Acide Gamma-Aminobutyrique (GABA), Glycine, Glutamate, Aspartate et NMDA

Classe IV : Peptides (actuellement plus de 100 peptides sont considérés comme neurotransmetteur).

 

 

Charles Scott Sherrinhton

 

Sir Charles Scott Sherrington, prix Nobel de physiologie ou médecine (1932), inventeur du mot synapse.

 

Ses travaux se situent dans la continuation logique de ceux de Santiago Ramón y Cajal, prix Nobel de physiologie ou médecine (1906), contributeur majeur à la théorie neuronale.

 

 

Chimie du cerveau -3- Rôle des différents neurotransmetteurs

 

 

Dans cette épisode je vais dire quelques mots des principaux neuromodulateurs en évoquant leurs origines et leurs fonctions.

 

L’acétylcholine

 

L'acétylcholine est synthétisée par les terminaisons axonales à partir de la choline et de l'acétyl-coenzyme A. 

 

L'acétylcholine agit selon les deux modes, à la fois sur des récepteurs ionotropiques et métabotropiques. Premier neurotransmetteur à être découvert, elle met en jeu des mécanismes ioniques pour transmettre les signaux entre les motoneurones et les fibres musculaires striées, au niveau des jonctions neuromusculaires.

 

C’est aussi un neuromodulateur qui joue un rôle dans l'apprentissage et la mémoire. On lui prête un rôle dans certains types de démence et dans la maladie d'Alzheimer : les régions du cerveau qui offrent la plus forte densité de neurones utilisant la choline, sont celles qui dégénèrent dans cette pathologie.

 

Avec l’âge, l’organisme fabrique moins d’acétylcholine. Cette situation est à l’origine de troubles de la mémoire et de la concentration.

Acétylcholine

 

Les Amines

 

Ce sont des monoamines dérivées d'un aminoacide :

 

- les catécholamines qui sont issues de la tyrosine : dopaminenoradrénalineadrénaline

- la sérotonine (5-HT) qui provient du tryptophane

- l'histamine dérivée de l'histidine

 

 

La biosynthèse des catécholamines est régulée tout le long de l'axone, à partir de la tyrosine. Cet acide aminé qui provient de l'alimentation ou de l'hydoxylation de la phénylalanine conduit à la L-DOPA par hydroxylation.

 

A partir de la L-DOPA, qui est elle-même un transmetteur, seront biosynthétisées la dopamine (par décarboxylation), puis la noradrénaline (par hydroxylation) et l'adrénaline (après méthylation).

 

 

 

Après libération dans la fente synaptique, 95 % des catécholamines seront capturées par la terminaison présynaptique en vue de leur recyclage par réintégration dans les vésicules synaptiques.

 

C'est cette capture, ou son absence, qui constituent le principal système d'inactivation des catécholamines, puisque les molécules restant dans la fente synaptique sont détruites par des enzymes spécifiques.

 

L'élimination du ligand de l'environnement extracellulaire  est l'évènement le plus précoce et le plus efficace lorsque celui-çi est un neurotransmetteur. Deux mécanismes permettent son élimination:


- le recaptage (recapture)
- la dégradation


  Le recaptage du ligand par des transporteurs
Les transporteurs responsables du recaptage de neurotransmetteurs sont localisés dans la terminaison pré-synaptique. On distingue les transporteurs des monoamines (dopamine, noradrénaline et sérotonine), des acides aminés (glycine , glutamate et l'acide γ-aminobutyrique).
L'importance de ces transporteurs est illustrée par les effets d'inhibiteurs. En bloquant le transport (recaptage) du neurotransmetteur au niveau de la membrane plasmique de la terminaison pré-synaptique, ils prolongent leurs effets sur le récepteur post-synaptique.

 

Plusieurs systèmes participent simultanément à la régulation de la transmission synaptique. Ainsi il existe un processus de recapture du neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique qui est localisé au niveau présynaptique.

 

Ces systèmes de recapture sont la cible d'antidépresseurs spécifiques comme la fluoxétine (sérotonine), l'imipramine (noradrénaline) ou la venlafaxine (noradrénaline, sérotonine). En effet, certains antidépresseurs centraux présentent une forte affinité pour le récepteur et/ou les systèmes de transport de certains neurotransmetteurs. C’est ainsi qu'ils peuvent inhiber la recapture de la noradrénaline ou de la sérotonine.

 

Les catécholamines sont des neurotransmetteurs importants puisqu'elles sont impliquées dans un certain nombre de pathologies impliquant une dégénérescence des neurones.

 

La principale maladie, où la transmission catécholaminergique est impliquée, est la maladie de Parkinson.

 

La dopamine

 

Les réseaux dopaminergiques du cerveau sont étroitement associés aux comportements d’exploration, à la vigilance, la recherche du plaisir et l’évitement actif de la punition (fuite ou combat).

 

Nous avons vu que la dopamine active chez l'homme le circuit de la récompense.

 

La baisse d’activité des neurones dopaminergiques d’une certaine région du cerveau (l’axe substance noire - striatum) entraîne une diminution du mouvement spontané, une rigidité musculaire et des tremblements. C’est la maladie de Parkinson.

 

On trouve une activité dopaminergique basse dans les dépressions de type mélancolique, caractérisées par une diminution de l’activité motrice et de l’initiative, une baisse de la motivation.

 

A l’inverse, les produits, les activités qui procurent du plaisir, comme l’héroïne, la cocaïne, le sexe, activent certains systèmes dopaminergiques.

 

Ainsi, les médicaments qui augmentent la dopamine, comme la L-Dopa ou les amphétamines, augmentent aussi l’agressivité, l’activité sexuelle, et l’initiative.

 

Enfin il a été suggéré que la dopamine jouait un rôle dans les symptômes psychotiques.

 

La noradrénaline

 

La noradrénaline stimule la libération de la graisse mise en réserve et contrôle la libération des hormones qui régulent la fertilité, la libido, l’appétit et le métabolisme.

 

La noradrénaline module l’attention, l’apprentissage et facilite la réponse aux signaux de récompense : plus la sensibilité noradrénergique est grande, plus ces traits sont amplifiés.

 

La noradrénaline est libérée en réponse à la nouveauté ou au stress et aide les individus à organiser les réponses complexes à ces défis (lutte ou de fuite). Elle influe sur le sommeil et la vigilance. 

 

L’adrénaline 

 

L’adrénaline active la réponse de l’organisme à un stimuli, et en général au stress.

 

Elle agit sur le système nerveux sympathique et peut augmenter le pouls, la pression sanguine, améliorer la mémoire, diminuer la réflexion, augmenter la force de contraction musculaire, accroître le flux sanguin et la capacité respiratoire (par relâchement des muscles lisses).

 

Le système nerveux sympathique est composé de deux grandes entités : le système alpha-adrénergique, et le système bêta-adrénergique, chacune contrôlant des fonctions différentes. Le système alpha-adrénergique contrôle notamment la vigilance et l’éveil. Le système bêta-adrénergique le pouls, la respiration et le flux sanguin.

 

Les médicaments bêta-bloquants comme le propanolol agissent en bloquant les récepteurs bêta-adrénergiques, qui lorsqu’ils sont sur-stimulés peuvent entraîner trac et phobies.

 

Elle prépare, elle aussi,  l’organisme à une réaction du type « fuir » ou « faire face ».

 

 

La sérotonine : le grand inhibiteur  

 

La sérotonine est synthétisée par certains neurones à partir d’un acide aminé, le tryptophane, qui entre pour une petite partie dans la composition des protéines alimentaires.

 

La sérotonine est un messager chimique majeur dans la modulation de l'anxiété, de humeur, du sommeil, de l'appétit et de la sexualité.

 

Elle joue un rôle dans la venue du sommeil : elle est utilisée par le cerveau pour fabriquer une hormone, la mélatonine, l'hormone centrale de régulation des rythmes chronobiologiques.

 

Dans le cerveau, la sérotonine influence l’activité d’autres neurones, le plus souvent en diminuant leur fréquence de décharge, inhibant leur action.

 

Dans le striatum, les neurones sérotoninergiques inhibent les neurones dopaminergiques, ce qui entraîne une diminution du mouvement.

 

Dans la mesure où la sérotonine sert à inhiber de nombreuses régions du cerveau, les mêmes régions sont « désinhibées » lorsqu’il y a trop peu de sérotonine.

 

Chez l’homme, les taux anormalement bas de sérotonine sont généralement associés à des comportements impulsifs, agressifs, voire très violents.

 

Les inhibiteurs de la recapture de la sérotonine (ISRS) sont des médicaments majeurs pour traiter certains troubles psychiques et notamment les attaques de panique.

 

 

Inhibition de la recapture de la sérotonine

 

 

Par la suite, j'aborderai le thème des antidépresseurs et des anxyolitiques.

 

 

Les Acides aminés (acide glutamiqueacide aspartiqueGABAglycine)

 

Les acides aminés, à la différence des autres neurotransmetteurs, jouent aussi un rôle dans le métabolisme cellulaire. Ceci explique les difficultés à les identifier en tant que tels. De plus, après avoir été libérés dans la fente synaptique, ces acides aminés sont la plupart du temps captés à l'aide d'un système de transport à haute affinité, pour être réutilisés à l'intérieur d'une zone présynaptique.

 

Le glutamate a pour principal précurseur la glutamine, mais il peut aussi être synthétisé à partir de cétoglutarate, ou d'aspartate.

 

Le GABA est synthétisé par les terminaisons axonales par décarboxylation du glutamate. Il est inactivé par un mécanisme de capture localisé dans la membrane des neurones GABAergiques et dans la membrane des cellules gliales.

 

La glycine, quant à elle, est synthétisée dans les terminaisons axonales à partir de la sérine. C'est l'acide aminé le plus simple qui existe et pourtant les synapses utilisant ce transmetteur semblent peu nombreuses dans le système nerveux central des vertébrés.

 

GABA : le relaxant  

 

Le GABA (acide gamma-aminobutyrique) est le neurotransmetteur le plus répandu dans le cerveau. Le GABA semble impliqué dans certaines étapes de la mémorisation. Le GABA est aussi un leprincipal neurotransmetteur inhibiteur, qui agit à travers un système de rétroaction négative pour bloquer la transmission d'un signal d'une cellule à une autre (c’est-à-dire qu’il freine la transmission des signaux nerveux).  

 

Le GABA favorise le calme et la relaxation, il diminue la tonicité musculaire, ralentit le rythme cardiaque, réduit les convulsions de l’épilepsie, ainsi que les spasmes musculaires.

 

Surtout, on sait qu’il joue un rôle clé dans le contrôle de l’anxiété, depuis que le mode d’action des benzodiazépines est connu. Ces médicaments, dont la tête de série est le diazepam (Valium), sont des tranquillisants qui agissent en se liant sur des récepteurs qui réagissent au GABA.

 

Le glutamate est un neurotransmetteur excitateur (la contre-partie du GABA). Il est soupçonné d'être impliqués dans l'apprentissage et la mémoire.

 

Certaines maladies (comme la maladie d'Alzheimer) ou une lésion cérébrale (accident vasculaire cérébral) peuvent entraîner une accumulation de glutamate, ce qui peut ouvrir la voie à l'excitotoxicité, un processus qui peut conduire à des dommages ou la mort des cellules cérébrales touchées.

 

Il est important de noter que le GABA et le glutamate doivent jouer leur partition de concert. Le dysfonctionnement de l'un de ces acides aminés neurotransmetteurs affecte la fonction de l'autre. Certains experts estiment que cet équilibre influence toutes les cellules du cerveau.

 

 

 

Les Peptides

 

De nombreux polypeptides à action hormonale agissent aussi comme neurotransmetteurs, en particulier les peptides opioïdes comme la béta-endorphine et certaines enképhalines.

 

Les neurotransmetteurs peptidiques sont  associés à la médiation de la perception de la douleur, à la stimulation de l'appétit, à la régulation de l'humeur et à bien d'autres fonctions.

 

Des anomalies observées au niveau des neurotransmetteurs peptidiques ont été associées au développement de la schizophrénie , à des troubles de l'alimentation , à la maladie de Huntington ou encore à la maladie d'Alzheimer .

 

Il faut noter que plusieurs peptides gastro-intestinaux comme la gastrine et la cholécystokinine (CCK) agissent comme neurotransmetteurs dans certaines régions du cerveau.

 

La cholécystokinine (CCK), est une hormone peptidique de 33 acides aminés dont la séquence est partiellement homologue de celle de la gastrine. Elle a reçu beaucoup d'attention dans la dernière décennie. On pense que la CCK augmente la relaxation induite par le GABA tout en diminuant la dopamine.

 

L'ocytocine et la vasopressine, hormones nanopeptidiques de structures proches, semblent impacter de multiples façons nos aptitudes et nos comportements.

 

Par exemple il a été montré chez le rat que la vasopressine augmente de façon significative les capacités d’apprentissage et de mémorisation

 

L'ocytocine et la vasopressine jouent aussi un rôle important dans les effets du stress sur la mise en place à long terme des hiérarchies de dominance.

 

Dans un essai publié dans la revue Nature portant sur la neurochimie de l'attachement et de la sexualité, Larry J. Young, neurobiologiste et professeur de psychiatrie à l'université Emory à Atlanta, a mis en évidence les gènes et les hormones impliqués dans la sexualité et l'attachement chez le campagnol des prairies, un mammifère monogame. Ces gènes et hormones existent chez les humains aussi.

 

De ses recherches, et d'autres réalisées chez les humains, il conclut que deux hormones étroitement apparentées, l'oxytocine (ou ocytocine) et la vasopressine jouent des rôles importants dans la sexualité (voir ICI ses principales publications).

 

La vasopressine est étroitement reliée à l'ocytocine mais elle dépend de la testostérone, c'est une sorte de version mâle de l'ocytocine.

 

Les campagnols des prairies ont plus de récepteurs de la vasopressine que ceux des montagnes qui ne sont pas monogames. Le lien entre la vasopressine et la monogamie est montré par le fait qu'en modifiant un gène (AVPR1A) de façon à augmenter le nombre de récepteurs de la vasopressine  les campagnols des montagnes deviennent plus fidèles.

 

Des études chez l'homme sont en cours en Suède...

 

Mesdames préparez vos pulvérisateurs de vasopressine !

 

 

 

Conclusion

 

J'ai donné ici un tout petit aperçu de la complexité du système de signalisation qui dans le cerveau met en jeu ces messagers chimiques que l'on nomme neurotransmetteurs.

 

Le lecteur aura observé les nombreux recoupements qui sont observés entre les fonctions de ces différentes molécules, de même nature chimique (voir ci-dessous pour les catécholamines) ou même fonctionnellement différentes.

 

Les pathologies qui affectent le système nerveux central sont donc souvent dépendantes de plusieurs circuits de distribution des neuromédiateurs.

 

L'arrivée d'antidépresseurs visant à compenser "les déséquilibres chimiques du cerveau" et en particulier des IRSR (inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine), dans les années 1970-1980, a marqué un très grand progrès thérapeutique.

 

On doute cependant aujourd'hui que la maladie dépressive soit uniquement liée à ce déséquilibre, l'attention des chercheurs se porte maintenant vers l'étude des récepteurs et de ce qui se passe une fois que le neurotransmetteur est fixé à son récepteur.

 

 Le schéma ci-dessous représente les domaines d'intervention de la noradrénaline, de la sérotonine et de la dopamine

 

 

 

A CONSULTER

 

Un excellent site à propos de tout ce qui concerne le cerveau et les comportements humains, qui peut être appréhendé à trois niveaux de difficultés (débutant, intermédiaire et avancé) :

 

Le cerveau à tous les niveaux, Mc Gill CA University

 

Post-Scriptum

Activité cérébrale en image

Cerveau de rêveur en IRMf
Cerveau de rêveur en IRMf

 

Excellente mise au point dans le journal Nature à propos de  l'Imagerie Fonctionnelle par Résonance Magnétique (IRMf).

 

La technique utilise la circulation sanguine pour mesurer l'activité neuronale, sans injection d'un agent de contraste. Cette méthode, non invasive, permet donc d'explorer les zones profondes du cerveau.


En fait les chercheurs mesurent l'oxygène transporté dans le sang par l'hémoglobine et il est admis que les signaux obtenus sont liés à une demande accrue de sang oxygéné lorsque les neurones deviennent électriquement actif en réponse à une tâche.

 

Cependant de nombreuses questions restent posées comme le montre cet article.

 


Un traitement contre le racisme...

Propanolol (avlocardyl...)
Propanolol (avlocardyl...)

 

Des chercheurs de la prestigieuse université d'Oxford (UK), viennent de mettre en évidence des effets surprenants d'un béta bloquant bien connu, le propanolol.

 

Commentant ces résultats, le Pr Julian Savulescu, Directeur de The Oxford Centre for Neuroethics, co-auteur, écrit :

 

«Ce type de recherche soulève l'excitante possibilité que nos attitudes racistes inconscientes pourraient être modulées en utilisant des médicaments, une possibilité qui pose de nombreuses questions éthiques ».

 

L'administration de cette molécule miracle aux principaux dirigeant actuels de la droite s'impose donc. Elle permettrait peut-être de recentrer le débat politique et d'aborder enfin les vrais problèmes de ce pays.

 

 

 

Traitement préventif de la maladie d'Alzheimer : essai clinique à grande échelle en Colombie

Le Crenezumab (anticorps monoclonal humanisé), molécule développée par le laboratoire américain Genentech, qui cible les plaques d'amyloïde, considérées comme le principal responsable de la maladie d'Alzheimer par une majorité de neurologues, va être testé à grande échelle.

L'essai clinique porter sur 300 sujets asymptomatiques, membres d'une famille de 5.000 personnes vivant en Colombie, dont la plupart ont de très fortes prédispositions génétiques au développement précoce de la maladie (dès 40 ans).

 

 

 Des recherches publiées récemment montrent pour la première fois que les porteurs d'une certaine mutation génétique ne peuvent développer la maladie d'Alzheimer .

 Cette découverte suggère aussi que la maladie pourrait simplement être une forme extrême du déclin cognitif observé chez beaucoup de personnes âgées. 

La mutation se situe dans un gène qui produit la protéine précurseur du peptide amyloïde β-(APP), qui a un rôle mal connu dans le cerveau mais qui est depuis longtemps soupçonné d'être au cœur de la maladie d'Alzheimer.

 


Alzheimer : le drame du dépistage précoce sans traitement possible

Les progrés rapides et considérables de l'imagerie (en particulier fonctionnelle), permettent de diagnostiquer les lésions cérébrales -dont la maladie d'Alzheimer- à des stades de plus en plus précoces.

La tomographie par émission de positons (TEP ou Pet-Scan) est particulièrement adaptée et performante pour cet usage. 

 

Le New York Times rapporte à ce propos le cas d'un couple dont la femme vient de subir une détection précoce (sa mère avait développée la maladie à la cinquantaine) et qui se trouve totalement désemparée devant l'absence de perspectives thérapeutiques.

 

 

Bleu comme le cerveau...


Lausanne - (EPFL)
NEUROPOLIS intègre la plateforme de simulation du Blue Brain Project et gèrera les ressources du supercalculateur à distance. La plateforme accueillera les immenses bases de données nécessaires, dans le domaine des neurosciences.

Un cerveau artificiel à 2,5 millions de neurones

C'est évidemment beaucoup moins que les 86 milliards d'un cerveau humain, mais SPAUN (Semantic Pointer Architecture Unified Network), concocté par une équipe de l'Université de Waterloo (Canada), est déjà capable d'effectuer des raisonnements mathématiques simples.

 

Il se distingue des travaux de l'Institut du cerveau de San Diego (NSI, La Jolla) par une bien meilleure approche du fonctionnement réel de notre cerveau. De plus, il peut accomplir plusieurs tâches à la fois.

 

Pour son créateur, le professeur Chris Eliasmith, directeur du Centre for Theoretical Neuroscience à Waterloo :

 

" C’est le premier modèle qui commence à présenter la façon avec laquelle nos cerveaux peuvent effectuer une grande variété de tâches de manière flexible; comment celui-ci coordonne la circulation de l’information entre les différentes zones pour présenter un comportement complexe."

 

Lire aussi : Construire le cerveau humain Christian K. Machens

 

" Tout comme les ingénieurs peuvent construire des voitures et des ordinateurs, car ils savent comment ils fonctionnent, nous serons en mesure de construire un cerveau [...], si nous comprenons les calculs qui sont effectués dans les diverses zones cérébrales, et la manière dont ces calculs sont mis en oeuvre au niveau des réseaux de neurones... "

 

La multiplication du nombre de connections neuronales est maintenant dépassée dans la course vers le cerveau artificiel !

 

Rappel : voir le projet Bluebrain de l'EPFL (Lausanne)

 

 

Mysteries of the brain

Quelques articles passionnants sur les "Mystères du cerveau", à lire dans la revue Science :

- fluiduité de la mémoire,

- bases neurales des différences de comportement et de la cognition,

- plasticité cérébrale, "recabler" le cerveau adulte,

- pourquoi les humains ont-ils de si grands cerveaux...

 

Miroir, mon beau miroir qu'as-tu fais à mes neurones ?

Narcisse et Echo...

Narcisse et Echo, John William Waterhouse
Narcisse et Echo, John William Waterhouse

Écho la Nymphe qui aime tant à parler, et qui ne saurait jamais parler la première, ni se taire quand les autres parlent, aperçut un jour Narcisse à la Chasse.

Semblable aux autres Nymphes, elle n'était pas une simple voix, comme elle l'est aujourd'hui; elle était cependant dès lors également causeuse, et avait le défaut de ne répéter que les dernières paroles qu'elle entendait. C'était ainsi que Junon l'avait punie.

 

Narcisse s'étant égaré et ne voyant aucun de ses gens, se mit à crier, y a-t-il quelqu'un près de moi? Écho répon­dit, moi.

 

Cette voix l'étonne, il jette les yeux de tous côtés sans rien apercevoir; approchez donc, dit-il, d'un ton élevé: Écho répète les mêmes paroles, approchez donc; il regarde encore avec plus d'atten­tion, et comme personne ne venait, pourquoi me fuyez-vous donc, dit-il? me fuyez-vous donc, lui répondit Écho.

 

Comme cette voix continuait à l'entretenir dans la même erreur, joignons-nous, dit-il, Écho, qui ne pouvait répondre à rien de plus touchant pour elle, dit,  joignons-nous. Sur cela elle se mit à le suivre hors du Bois, dont il était sorti, espérant enfin de se jeter à son cou.

 

Narcisse cherchant a se débarrasser d'elle, ne croyez pas, lui dit-il, que je vous aime: La Nymphe répéta ces derniers mots, je vous aime.

 

Honteuse et confuse des refus de son Amant, Écho se retira dans le fond des Bois, et alla se cacher dans les lieux les plus épais. Depuis ce temps-là, elle n'habite plus que les Antres et les Rochers. Là, consumée par le feu de son amour, et dévorée par le chagrin que les refus de Nar­cisse lui avaient causé, elle tomba dans une langueur mortelle, et devint si maigre et si défaite, qu'il ne lui resta que les os et la voix; ses os même furent changés en rochers, et elle n'a plus que cette voix qu'on entend dans le fond des Forêts et des Cavernes où elle se tient cachée.

 

Toutes les autres Nymphes qui avaient voulu plaire à Narcisse, avaient essuyé les mêmes mépris que la belle Echo. Puisse-t-il, lui dit un jour une aimable personne qui ne pouvait plus supporter ses dédains, puisse-t-il lui-même éprouver toutes les rigueurs de l'Amour, et ne posséder jamais l'objet de sa tendresse!

 

La Déesse Némésis écouta une prière si juste, et l'exauça. Dans une Vallée charmante était une Fontaine dont l'eau extrêmement claire n'avait jamais été troublée ni par les Bergers ni par les Troupeaux: Envi­ronnée d'un gazon toujours vert, l'ombre des Arbres la défendait contre l'ardeur du Soleil. Invité par la beauté d'un lieu si charmant, Narcisse, que la chasse et la chaleur avaient extrêmement fatigué, vint un jour s'y reposer. Comme il voulait y éteindre sa soif, il fut attaqué tout d'un coup d'une autre espèce de soif bien plus dangereuse.

 

Narcisse devenu amoureux de sa propre image, qu'il avait vu dans une fontaine, et s'étant laissé mourir de langueur, les Dieux le changèrent en une fleur, qui porte encore son nom.

  Texte intégral ICI

 

Les neurones miroirs

Neurones miroir
Neurones miroir

  " Certains neurones très spécifiques, ne s’activent que si deux mouvements, saisie observée et saisie exécutée, sont réalisés de la même façon...

Des données neurophysiologiques (EEG, MEG, TMS) ainsi que d’imagerie cérébrale (TEP, IRMf) ont apporté de solides arguments en faveur de l’existence d’un système de neurones miroirs chez le sujet humain... " Giacomo RIZZOLATTI

 

J'ai déjà signalé diverses expériences qui montrent que les progrès de l'imagerie cérébrale permettent (presque !) de lire dans notre cerveau... à livre ouvert. 

 

L'engouement pour ces fameux neurones miroirs (qui s'activent aussi bien aux actions de soi que d'autrui) découverts par Giacomo Rizzolati, a largement dépassé le seul domaine des neurosciences pour aborder le vaste continent des sciences humaines.

Les notions d'empathie (neurones de l'empathie pour V.S. Ramachandran) et le fameux "désir mimétique" de René Girard - que j'ai évoqué à plusieurs reprises - mais aussi le penchant (trop) humain pour l'imitation (voire la servitude volontaire dont j'ai aussi beaucoup parlé) se verraient ainsi objectivées (*). 

Certains neurobiologistes disent aussi aujourd'hui que l'autisme serait lié à l'absence de certains neurones miroirs...


(*) : Voir ICI  un bref entretien avec de Jean-Michel OUGHOURLIAN, collaborateur à Stanford de René Girard.


 

Se méfier de l'effet de mode

Neurones miroirs à toutes les sauces : notre goût... pour l'imitation, serait-il à l'oeuvre ?

A écouter et voir, ci-dessous, la passionnante conférence de Benoit Kullmann : " Narcisse, Echo et le mythe des neurones miroirs...". Un petit effort d'une heure que vous ne regretterez pas !

 

Chimie des sentiments

 


 

Pour tous ceux qui s'intéressent au cerveau et à sa chimie, un article de  Bernard Sablonniere (Pr de biochimie, Université de Lille) à lire de toute urgence sur le Huff. Post.

(VOIR aussi les ouvrages de cet auteur.)

 

Extrait :

" Comment se sent-on attiré ? Nos sens sont exacerbés, notre cerveau émotionnel est activé par tous ces détails de l'autre qui nous plaisent et déclenchent un coup de foudre, véritable tempête cérébrale où se libère les clés chimiques du stress : adrénaline et noradrénaline. Ces clés chimiques dopent l'énergie, nous empêchent de dormir et stimulent notre envie d'entrer en relation. C'est fait, la dopamine nous pousse à foncer, la passion est déclenchée. La phase d'amour passionnel s'installe, avec un sentiment de bien-être et de sécurité. La libération de sérotonine tempère petit à petit nos ardeurs, en limitant les effets de la dopamine, mais attention, il faut veiller à ce que la routine ne s'installe ! "

 

 

 

Actualité

L'éléphant : un sacré nez !

 

Une étude japonaise, publiée dans Genome Research, semble indiquer que l'éléphant d'Afrique a le meilleur appendice olfactif du régne animal : il posséde environ 2000 gènes relatifs aux récepteurs olfactifs.

 

 

Un avenir sans cancer ?

Le développement de médicaments ciblés, les technologies d'administration de médicaments nouveaux et des données des recherches cliniques permettent d'entrevoir un avenir sans cancer. Ce Nature Outlook (accès gratuit) -  publication conjointe de Nature et Scientific American - examine les progrès scientifiques qui sont nécessaires pour nous propulser dans un monde où ce fléau perdra sa létalité.

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