dimanche 26 mars 2017

Dernières Découvertes sur le Cerveau Humain



Le cerveau humain contient de nombreux mystères encore inconnus
et des experts du monde entier cherchent à les découvrir


 Pas un jour sans une nouvelle avancée prouvant l'incroyable sophistication du cerveau. Plus la recherche progresse, et moins l'encéphale apparaît comme une mécanique figée, il est mille fois plus complexe que tout ce que l'on pouvait imaginer.

Découverte d'une zone cérébrale unique à l'Homme impliquée dans la prise de décision et de planification


Une étude de chercheurs dirigée par le professeur Matthew Rushworth du département de psychologie expérimentale de l’Université d'Oxford, publiée dans Neuron en janvier 2014, identifie une zone du cerveau unique liée à nos capacités cognitives supérieures, et qui n’apparaît pas chez nos plus proches parents.

Cette étude par IRM du cerveau de 25 volontaires adultes âgés de 20 ans, a d’abord identifié des zones clés dans la région ventro-latérale du cortex frontal du cerveau humain et la façon dont ces zones sont connectées aux autres zones du cerveau. Puis l’équipe a comparé ces résultats aux données IRM équivalentes de 25 macaques.

La zone du cortex frontal du cerveau est impliquée dans certains processus de prise de décision et de planification et dans d’autres fonctions complexes de la cognition et du langage.

Une zone du cortex frontal humain n'a pas son équivalent chez le macaque : Grâce aux données IRM, les chercheurs ont réussi ensuite à diviser le cortex frontal en 12 zones qui ont chacune leur propre modèle de connexions avec le reste du cerveau puis ont comparé cette organisation cérébrale humaine à celle du singe. 11 des 12 zones sont retrouvées à l’identique chez les deux espèces et apparaissent connectées aux autres zones du cerveau de manière très similaire.

Cependant, une zone du cortex frontal humain n'a pas son équivalent chez le macaque, une zone nommée le “lateral frontal pole prefrontal cortex” qui semble impliquée dans la planification stratégique, la prise de décision et le multitâches. Enfin, les zones d’audition dans le cerveau sont très bien connectées avec le cortex préfrontal humain, mais beaucoup moins chez le macaque, une différence qui peut expliquer notre capacité à comprendre et à générer un discours.

En conclusion, un degré surprenant de similitude dans l'organisation des régions du cerveau qui contrôlent la langue et les processus de pensée complexes chez les humains et les singes mais également des différences importantes.


Le cerveau est connecté au système immunitaire


Des chercheurs de l'université de Virginie (États-Unis) expliquent dans la revue Nature de juin 2015, avoir découvert l'existence de vaisseaux lymphatiques dans le cerveau de souris, le reliant ainsi au système immunitaire.

Jusqu'à présent, les scientifiques étaient convaincus que le cerveau n'avait aucun lien anatomique direct avec le système immunitaire.

Élément majeur du système immunitaire, le système lymphatique constitue un vaste ensemble de vaisseaux qui drainent un liquide appelé lymphe vers des structures particulières – les organes lymphoïdes – et vers le cœur. Ce système a de nombreuses fonctions dont la principale est la circulation des cellules immunitaires dans tout le corps et l’activation de la réponse immunitaire lors d’une infection. Il contribue également à la circulation des hormones et des nutriments et permet le drainage des excès de liquide au niveau des tissus.
Cartes du système lymphatique: ancienne (à gauche) et actuelle

L'équipe américaine a pu faire cette découverte grâce à un changement de méthodologie dans la dissection des cerveaux de souris effectuée par le chercheur Antoine Louveau. La procédure habituelle prévoit en premier lieu l'ablation des méninges – les membranes recouvrant le cerveau –, puis leur "fixation", c'est-à-dire l'immobilisation des cellules dans l’état dans lequel elles étaient, juste avant la dissection.

Ces deux étapes ont été inversées : ils ont d’abord fixé les méninges alors qu’elles étaient toujours présentes dans le cerveau, puis ils les ont extraites avant de les analyser en microscopie. Une méthode qu'ils voulaient réaliser dans le seul but de pouvoir conserver beaucoup plus efficacement les méninges dans leur état d’origine. Mais grâce à elle, les chercheurs ont décelé la présence de vaisseaux lymphatiques au sein des méninges. Ils sont très bien cachés, car ils suivent un vaisseau sanguin majeur dans une zone difficile à visualiser au microscope.

Maintenant nous savons que le cerveau est comme tous les autres organes, c'est-à-dire connecté au système immunitaire via des vaisseaux lymphatiques.

Cette découverte pourrait améliorer la compréhension de nombreuses maladies affectant le système nerveux central et le système immunitaire. Par exemple, la sclérose en plaques, cette maladie auto-immune qui affecte le système nerveux central, ou encore la maladie d’Alzheimer. Cette dernière implique l'accumulation massive de protéines dans le cerveau, les protéines bêta-amyloïdes. Les chercheurs pensent que l’accumulation de ces protéines pourrait provenir d’une mauvaise évacuation de ces dernières par les vaisseaux lymphatiques. Ils ont remarqué que l'aspect des vaisseaux lymphatiques dans le cerveau diffère avec l'âge. Le rôle qu'ils jouent dans le vieillissement leur est inconnu.


Des scientifiques ont découvert le siège de l’âme dans le cerveau humain


Les scientifiques du Centre de recherche en neurosciences de l’Université de Cambridge dans une étude, publié en mars 2016 dans Philosophie, Religions & Mythologies, Science, ont non seulement prouvé l’existence de l’âme, mais ont aussi identifié la région du cerveau dans laquelle elle est située.

L’équipe de neurologues a passé les trois dernières années à étudier des milliers de scans obtenus avec une technologie appelée Imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf), qui permet aux scientifiques d’avoir des images de la modification de la circulation du sang dans le cerveau associée à une activité neuronale.

Ceci permet à des images d’être générées à l’image des structures du cerveau qui sont activées pendant l’exécution de tâches diverses, permettant ainsi de déterminer les différentes utilisations de chaque structure dans le cerveau.

Les scientifiques espéraient étudier une glande endocrine incomprise du nom de la glande pinéale, qui est située dans le thalamus, à proximité du centre du cerveau.

Tout en étudiant les nombreux scans IRMf, les chercheurs ont remarqué qu’à chaque fois qu’ils ont demandé à un patient de prier ou de méditer, l’activité du cerveau s’est soudainement concentrée autour du thalamus, plus spécifiquement dans la glande pinéale.

Après plusieurs tests et enquêtes approfondis, ils ont pu déterminer que la petite glande endocrine était le centre de toutes les pensées et croyances spirituelles et religieuses, dans le cerveau, agissant en tant que siège de l’activité spirituelle qui reçoit des informations et envoie des “ordres” aux autres structures du cerveau.

Les fonctions exactes de la glande pinéale et la nature de la relation entre l’âme et le corps restent incertaines, car le niveau extrêmement intense de l’activité cérébrale et sa concentration rendent les données encore plus difficiles à analyser.

Les chercheurs ont d’abord remarqué que lorsque les patients se sont mis à prier, leur glande pinéale est devenue complètement hyperactive. Cela semblait vraiment inhabituel, puisque cette glande était connue pour avoir un niveau d’activité faible et constant. Ils ont finalement réussi à déterminer qu’à chaque fois qu’un patient priait, méditait ou même lisait un livre sacré, l’activité cérébrale était clairement centrée sur la glande pinéale et le thalamus. Il y a une activité si intense que parfois elle brille presque sur les scanners, et il est difficile de voir exactement ce qui se passe.


Des scientifiques auraient trouvé l'interrupteur on/off de la conscience humaine


Selon une étude réalisée par des scientifiques de l'Université de Washington, publiée dans New Scientist en juillet 2014, ils ont, pour la première fois, trouvé le bouton de commande de la conscience. Ils ont réussi à éteindre celle-ci en appliquant une stimulation électrique à une partie spécifique du cerveau.

Bien que testée sur une seule personne, cette découverte suggère qu'une seule zone cérébrale, le claustrum, une fine couche de matière grise, serait responsable de l'organisation des pensées, sensations et émotions. Les chercheurs ont réussi à éteindre et rallumer la sensibilité d'une femme, atteinte d'épilepsie, en stimulant son claustrum. Pour cela, les chercheurs ont utilisé des électrodes placées en profondeur dans le cerveau afin d'enregistrer les signaux venant de différentes régions cérébrales. Objectif : trouver l'origine de ses crises.

A un moment, les électrodes ont été disposées près du claustrum, une zone qui n'avait jamais été stimulée. Dès la première impulsion, la femme a perdu toute conscience : elle a cessé de lire et s'est mise à fixer l'espace devant elle, les yeux dans le vide. Elle ne répondait plus à aucune commande visuelle et auditive et sa respiration s'est même ralentie. A l'arrêt de l'impulsion, elle a immédiatement repris conscience, sans aucun souvenir de l'épisode.

L’équipe pense que le claustrum joue un rôle majeur dans l'activation des expériences conscientes. Elle s'est également aperçue que la perte de conscience était accompagnée d'une augmentation de la synchronisation des ondes cérébrales dans les régions frontale et pariétale, qui participent à l'activation de la sensibilité. Or, trop de synchronisation n'est pas forcément bon car le cerveau n'est plus capable de distinguer un aspect d'un autre, empêchant ainsi une expérience logiquement connectée d'émerger. Cette découverte pourrait, ainsi, aider les personnes souffrant d'épilepsie ou de maladies similaires ou même les individus en état de semi-conscience.


Capacité de mémorisation du cerveau 10 fois plus grande


Une étude menée par l’institut californien Salk (La Jolla) parue dans le magazine scientifique eLife en janvier 2016, révèle que les capacités de notre cerveau sont dix fois supérieures à ce que l’on pensait.

Nos souvenirs ainsi que nos pensées dépendent de l’activité chimique et électrique de notre cerveau. L’activité principale réside dans les connexions entre les neurones. Cette communication se fait à l’aide de synapses. Chaque neurone peut avoir un millier de connexions avec les autres neurones.

L’équipe de recherche Salk a entrepris de reproduire en 3D l’hippocampe d’un rat. Cette partie du cerveau joue un rôle fondamental dans la mémoire des mammifères. Les chercheurs remarquent alors ce qu’ils considèrent comme une anomalie : certains neurones semblaient envoyer un double message.

Au début, les chercheurs ne prêtent pas attention à ce double message, ce genre d’anomalie arrive une fois sur dix dans l’hippocampe. Mais ils décident de mesurer la différence de taille entre cette paire de synapses utilisées par le neurone pour envoyer son double message.

À ce jour, les synapses étaient plus globalement distinguées en trois catégories : petites, moyennes et larges. Là, le résultat est inattendu : la différence de taille entre ces deux synapses n’excédait pas les 8%. La différence de taille était infime. Personne n’aurait pensé qu’il y aurait une différence si petite.

Ensuite, aidés d’un algorithme, les chercheurs ont pu déterminer qu’il existait à peu près vingt-six catégories de tailles de synapse. Une découverte qui a permis de mesurer combien d’informations peut être potentiellement stockées dans les connexions synaptiques. En langage informatique, vingt-six tailles de synapses correspondent à 4,7 bits d’information. Avant, on pensait que le cerveau n’était capable que de stocker l’équivalent de un ou deux bits de mémoire de courte et longue durée dans l'hippocampe. Sachant en plus qu’un cerveau adulte génère une puissance continue d’environ 20 watts (l’équivalent d’une enceinte Bluetooth basique), cela signifie qu’il peut stocker des informations très précises avec très peu d’énergie.

Un schéma précis a également été découvert. Toutes les deux ou vingt minutes, les synapses gagnent ou perdent une taille. Elles s’adaptent au signal qu’elles reçoivent. Derrière le chaos apparent du cerveau, il y a une véritable précision quant à la taille et la forme des synapses qu’il avait toujours échappé. En adaptant les mêmes modèles mathématiques, cette découverte pourrait permettre aux scientifiques de construire des ordinateurs très performants et peu énergivores.



Découverte du réseau de neurones où se produit l’imagination


Les philosophes et les hommes de science se sont beaucoup demandés sur le lieu où se produit l'imagination humaine c'est-à-dire ce qui fait que les êtres humains soient capables de créer un art, d'inventer des outils, de penser scientifiquement et de réaliser d'autres comportements très divers.

Dans une étude des chercheurs de Dartmouth College en Hanover, New Hampshire, publiée en septembre 2013 dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences, ont découvert que l’activité de ce que nous appelons l’imagination est le produit d’un vaste réseau de neurones – ce qu’ils appellent “l’espace de travail mental” – qui modifie et manipule consciemment les images, les symboles et les idées et donne à l’être humain la force mentale pour trouver de nouvelles idées et des solutions à des problèmes complexes.

Pour tester le fonctionnement du cerveau imaginatif, les chercheurs ont demandé à 15 participants de visualiser des formes abstraites spécifiques, puis leur ont dit d’imaginer la combinaison de ces formes en figures plus complexes. Ce qu’ils ont découvert était un grand réseau cortical et sub-cortical à travers le cerveau qui a produit les manipulations de l’imagerie – ce que l’on appelle l’espace de travail mental.

Le réseau s’étendait des domaines qui régissent le traitement visuel à d’autres domaines liés à l’attention et aux processus exécutifs. Ils travaillent tous ensemble pour que les manipulations se produisent.

Les résultats de Dartmouth et d’autres études récentes ont démystifié la théorie populaire selon laquelle le cerveau droit régit l’activité créatrice. De plus en plus de recherches suggèrent plutôt que le cerveau humain est beaucoup plus vaste et interconnecté que de simples explications.

Les nouvelles perspectives offrent également un point de départ pour la recherche qui pourrait aider à concevoir de meilleurs processus d’apprentissage où potentiellement l’intelligence artificielle avance.

Ces résultats aident à comprendre comment l'organisation de notre cerveau nous distingue d'autres espèces et proportionne une zone riche de jeux internes pour penser librement et avec créativité. La compréhension de ces différences donnera une idée d'où la créativité humaine vient et permettra de récréer possiblement les mêmes processus créateurs dans les machines.



Des neuroscientifiques découvrent des modèles distincts pour la mémoire et l'imagination


Une équipe de l'Université Brigham Young,  en août 2014, a découvert où et comment l’imagination se produit dans le cerveau humain.

L’imagination a une zone cérébrale qui lui est propre. Il y a toujours eu un débat scientifique sur la question de savoir si la mémoire et l'imagination sont vraiment des processus distincts.

Les chercheurs ont conçu des expériences utilisant la technologie IRM qui les aident à distinguer l'imagination pure des processus connexes comme le souvenir. L'équipe voulait étudier si la mémoire et l'imagination sont séparées ou si la mémoire et l'imagination fonctionnent ensemble.

Ils ont demandé aux participants à l'étude de fournir 60 photos personnelles pour la section “souvenir“ de l'expérience. Les participants ont également rempli un questionnaire préalable afin de déterminer quels scénarios leur seraient inconnus et donc mieux adaptés à la section “Imaginer“.

Les chercheurs ont ensuite montré aux gens leurs propres photographies au cours d'une séance d'IRM pour susciter une activité cérébrale strictement basée sur la mémoire.

Une analyse statistique a révélé des modèles distincts pour la mémoire et l'imagination. Les chercheurs ont pu voir les distinctions même dans ces petites régions de l'hippocampe, notant une définition claire entre les deux tâches dans la région du petit cerveau.

La présente étude aura des connotations dans les futures études de neuro-imagerie de groupe pour évaluer les individus à risque de troubles psychotiques tels que la schizophrénie.


Pourquoi le cerveau est-il autant ridé ?


Les plis et replis de notre cerveau cachent une complexité qui intrigue depuis longtemps les chercheurs. On sait déjà que s'il était "déplié" comme on déroule une pelote, sa surface occuperait entre 1 à 2 mètres carrés alors que le volume de notre crâne est de 1100 à 1700 cm³.

Selon une étude de l’université de Harvard aux États-unis et  de l'université de Jyväskylä en Finlande, publiée dans la revue Nature Physics en février 2016, des scientifiques ont enfin compris pourquoi le cortex cérébral était aussi fripé.

Ils ont élaboré une maquette 3D d'un cerveau obtenu à partir de l'imagerie à résonance magnétique (IRM) sur laquelle ils ont appliqué des couches de gel capables de gonfler sur certaines régions. Cette modélisation technique a permis de comprendre la mécanique du cerveau : quand les couches de gel gonflent, le cerveau se plie sous l'effet de compressions.

Le cerveau commence à se plier et se recroqueviller dès la 20e semaine de gestation du fœtus. Cette compression, tout simplement destinée à faire rentrer le cerveau dans un espace étroit, aurait cours chez l'enfant jusqu'à l'âge d'un an et demi. Cette simple innovation liée à l'évolution autorise le cortex, fin mais en croissance, à rentrer dans un petit volume. C'est la raison principale derrière ce pliage du cerveau.

Ces plis, que l'on nomme circonvolutions, sont des structures du cortex cérébral, un manteau de tissu gélatineux de deux à quatre millimètres d'épaisseur et essentiellement constitué de neurones – parfois nommé substance grise. Dans cette couche, la plus externe du cerveau, naissent nos perceptions, nos émotions et nos actions.

La surface d'un cortex humain aplati – environ deux mètres carrés – est trois fois plus grande que la surface interne de la boîte crânienne. En conséquence, ce n'est qu'en étant replié que le cortex des hommes et d'autres espèces à gros cerveau peut tenir dans la boîte crânienne.

L’existence d’effets mécaniques concerne la différence de plis entre le cervelet et le cer­veau. Le cer­velet est beaucoup plus plié que le cerveau. La taille du cervelet, déplié, peut atteindre dix fois la taille qu’il a, plié. Le cortex du cer­velet est beaucoup plus fin que celui du cerveau. En outre, l’extension du cervelet se fait surtout dans une direction (l’axe dorso-ventral), car il est constitué de fibres dans la direction des plis, qui résistent à l’allongement, tandis que la direction orthogonale s’allonge plus facilement. Le cer­veau s’étend, lui, dans toutes les directions.


Cerveau : comment se forment nos souvenirs


Une équipe de chercheurs de l'université de Californie (aux États-Unis) et de Leicester (au Royaume-Uni) révèle que l’'enregistrement d'un souvenir implique l'activation très rapides de neurones, qui "s'illuminent" individuellement si un élément rappelant la scène resurgit, Un mécanisme cérébral fascinant que ces scientifiques viennent de découvrir et qu'ils détaillent dans la revue Neuron de juillet 2015.

Afin de mener des études sur la mémoire, les chercheurs implantent des électrodes dans le cerveau de volontaires atteints d'une forme grave d'épilepsie et devant subir une opération chirurgicale du cerveau. Ils profitent ainsi du fait que ces patients doivent subir une opération du cerveau pour étudier le fonctionnement de ce dernier.

Ils ont implanté des électrodes chez 14 patients atteints d'une forme grave d'épilepsie, dans une zone du cerveau appelée "lobe temporal médian", comprenant notamment l'hippocampe et l’amygdale et connue pour être impliquée dans la mémorisation. La précision de la mesure était telle que les chercheurs pouvaient distinguer l’activité de neurones isolés.

Les chercheurs ont commencé par montrer aux volontaires des portraits d’acteurs, comme Jennifer Aniston ou Clint Eastwood (pour changer). Puis, après avoir identifié les neurones qui s'activent à la vue de ces personnes, ils ont montré de nouveau aux patients ces mêmes célébrités mais avec, au dernier plan, un monument connu. Ainsi, Jennifer Aniston se trouvait devant la Tour Eiffel et Clint Eastwood au pied de la Tour de Pise. Les volontaires devaient alors mémoriser ces associations. Enfin, seuls les images des lieux leur étaient présentés.

Verdict : l’image de la tour Eiffel déclenchait l’activation de "neurones Aniston", celle de la Tour de Pise les "neurones Eastwood". Et devant les autres images, ces neurones demeuraient totalement inactifs.

Étonnamment, il a suffit aux sujets de voir une seule fois le montage personnalité/monument pour qu'ils mémorisent l'association. C’est un changement radical par rapport aux expériences menées chez l’animal, pour qui cet apprentissage est observé après de nombreux entraînements. C’est crucial pour comprendre le processus neurologique sous-jacent à la formation de souvenirs en situation réelle, car au quotidien, nous ne sommes pas exposés de façon répétée à un événement pour nous en rappeler, une fois suffit.

Les chercheurs espèrent que la découverte de ce mécanisme pourrait conduire à une meilleure compréhension de la perte de mémoire et de nouvelles méthodes pour combattre la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies neurologiques.


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