Le problème et son intérêt
En vert, c'est pour les autodidactes en herbe, les pros peuvent sauter; en noir, c'est pour les pros et ceux qui ont lu le vert; enfin, en mauve, mes remarques perso hors-pistes. En italique, ce sont des exemples concrêts. Des liens hypertextes vous renvoient au glossaire ou à d'autres pages qui expliquent les termes.Utilisez l'espace commentaire pour me demander d'éclaircir, de préciser... des points précis.
Si vous n'aviez pas de cerveau, vous ne seriez pas en train de lire ces pages.
Cette petite phrase est un moyen simple d'introduire ma question de départ :
"Comment 1,5 kg de matière biologique font ils pour nous permettre d'aller sur internet, de lire, d'aimer, d'avoir peur, de résoudre des problèmes... ?"
Le cerveau est constitué d'environ 10 milliards de cellules "nerveuses" : les neurones. Ces neurones sont regroupés en sous-ensembles : les structures cérébrales. Chaque structure cérébrale possède une architecture particulière qui peut être très organisée (l'hippocampe), ou apparaître en désordre (hypothalamus). Ces structures sont connectées les unes aux autres et communiquent grâce à des signaux chimiques et électriques.
Durant de nombreuses années on a supposé que les structures étaient spécialisées dans certaines fonctions : l'hippocampe pour la mémoire, l'aire de Broca pour le langage, le cortex visuel pour la vision...
Ce point de vue était supporté par deux approches :
- l'approche par "corrélation" : lorsque j'effectue une tâche, telle structure s'active.
- les données lésionnelles : lorsque telle structure est lésée, telle fonction est perturbée.
Si nous obtenons le couple "tâche A => activation de X et lésion de X => perturbation de la tâche A" alors on considère que la structure X est (au moins en partie) responsable de la résolution de la tâche A.
Les stratégies thérapeutiques actuelles sont pour la plupart basées sur ce postulat.
Certains symptomes de la maladie de Parkinson sont dus à un dysfonctionnement dans le striatum (cf troisième étape). Le moyen d'action des traitements actuels est de pallier ce déficit soit par voie pharmacologique (médicaments) soit par stimulations intracérébrales (moyen encore très peu utilisé).
La logique est toujours : "cette structure fonctionne mal (ou est lésée) donc je tente d'améliorer son fonctionnement ou de la remplacer. Dans tous les cas, on est dans une politique de "réparation" de ce qui existe ou d'échange standard.
Depuis quelques années, de rares publications ont présenté des résultats intrigants : la lésion d'une structure A perturbe la fonction X; la lésion d'une structure B perturbe également la fonction X. Mais si on lèse la structure A et la structure B, la fonction X n'est plus perturbée.
Prenez une voiture en état de fonctionnement. Sortez le carburateur : elle n'avance plus. Remettez le et sortez les bougies : elle n'avance plus. Sortez les bougies et le carburateur : elle se remet à marcher. Pour les voitures, vous n'obtiendrez jamais ce résultat, alors que pour le cerveau, ce type de résultat est rare mais peut arriver.
Ce type de résultat reste surprenant. Il a été qualifié de "paradoxal".
Mais évidemment, un phénomène "paradoxal" ne révèle jamais une erreur de la nature. S'il est isolé, il révèle peut être une erreur méthodologique, mais s'il se reproduit, c'est qu'il faut remettre les théories en question.
L'intérêt de ces lésions cumulées à effet paradoxal est double :
- elles démontrent qu'il existe un moyen de récupérer une fonction (que l'on croyait perdue) par une méthode qui n'est ni l'échange standard, ni la réparation par "rafistolage",
- elles démontrent également qu'un progrès doit, et peut être fait sur le plan théorique (conception du fonctionnement cérébral) pour comprendre ce phénomène.
Même s'il reste impensable de se mettre à faire des lésions cérébrales pour améliorer l'état des cérébro-lésés, un tel progrès permettrait d'envisager des pistes thérapeutiques vraiment nouvelles, car basées sur une conception plus réaliste du fonctionnement cérébral.
Un aspect motivant de ce type de recherche est que recherche fondamentale et recherche appliquée apparaissent comme indissociable. La recherche fondamentale est nécessaire pour explorer ces nouvelles pistes thérapeutiques que seule la nature connait pour le moment. En retour, l'efficacité des applications possibles seraient une validation de ces théories.
Nous arrivons au problème :
Quel est le mode de fonctionnement qui permet au cerveau de générer des fonctions cognitives et de rendre compte du phénomène de lésions cumulées à effet paradoxal ?
NB à l'attention des étudiants : Il s'agit d'un problème qui focalise une grande partie de mes travaux de recherche depuis plusieurs années et pour plusieurs années. Dans la pratique, résoudre ce problème nécessite de se fixer un plan (un itinéraire précis par lequel il faut passer). On va donc être amené à passer par des étapes intermédiaires, par des problèmes intermédiaires. Un mémoire de master 1 ou 2 correspond schématiquement à la résolution d'un de ces problèmes intermédiaires.
Mais comme on le verra dans la page suivante, même le problème posé ci-dessus donne lieu à des hypothèses.
Bibliographie commentée
Le premier article (connu) décrivant des lésions cumulées à effet paradoxal :
Sprague JM (1966) Interaction of cortex and superior colliculus in mediation of visually guided behavior in the cat. Science. 153(743):1544-7.
Un bel article montrant ce phénomène chez l'homme :
Vuilleumier P et al. (1996) Unilateral spatial neglect recovery after sequential strokes. Neurology. 46:184-9.
D'autres ont également décrit des lésions à effets bénéfiques ou des lésions cumulées à effet inattendu, mais dans chaque cas, une explication satisfaisante pouvait être apportée sans remettre en question les théories existantes.
L'article le plus "spectaculaire" montrant un effet paradoxal après lésions de 7 structures :
Irle E (1985) Combined lesions of septum, amygdala, hippocampus, anterior thalamus, mamillary bodies and cingulate and subicular cortex fail to impair the acquisition of complex learning tasks. Exp Brain Res. 58(2):346-61.
Et un article de synthèse présentant une bibliographie plus large :
Kapur N (1996) Paradoxical functional facilitation in brain-behaviour research. A critical review. Brain 119:1775-90.
Page suivante : Notre hypothèse sur le fonctionnement cérébral
Commentaires
Pinpin le 22/09/2009 à 19:40:02Bonsoir. Je reprends l'exemple de la maladie de Parkinson.
dans cette pathologie on a une déplétion dopaminergique au niveau de la SNc, perturbant ainsi le circuit des ganglions de la base.
Des études ont montré des perturbations électrophysiologiques du noyau sous thalamique liés à la disparition de dopamine.(perturbation des excitations et inhibition gabaergiques et glutamatergiques au niveau des autres structures des ganglions de la base).
Plus précisément au niveau du Noyau sous thalamique (NST) qui a montré une perturbation des pattern et fréquence de décharge des neurones présents dans cette structure.
Mais les recherches ont montré qu'une surstimulation du NST (par microélectrode) provoquait la disparition des symptômes parkinsoniens pourtant la déplétion dopaminergique au niveau de la SNc.
La surstimulation du NST revient à annuler son fonctionnement puisque après une décharge un neurone a un laps de temps où il ne décharge plus de neurotransmetteurs (période réfractaire).
Peut on parler d'une coupure du circuit ? Peut on penser que la lésion du NST engendrerait les même résultats ? Est ce que ça reviendrait à couper la voie indirecte ?
Bon j'ai peut être pas assez lu d'articles pour me poser toutes ces questions... Mais juste une dernière... Est ce qu'on peut penser à une lésion à effet paradoxal ?
npjr le 24/09/2009 à 12:34:26
Question(s) intéressante(s), réponse très difficile, pour plusieurs raisons.
- A ma connaissance, les mécanismes par lesquels les stimulations profondes ont un effet sur Parkinson font encore débat (Modolo et Beuter, 2009).
- Parkinson est une maladie "neurodégénérative", donc à développement progressif et impliquant des adaptations fonctionnelles, éventuellement des réorganisations.
- Elle implique des dégénérescences qui ne se limitent pas à celles qui sont les plus visibles (substance noire)
Deux refs intéressantes :
Benabid AL (2003) Deep brain stimulation for Parkinson’s disease. Current Opinion in Neurobiology. 13(6):696-706.
Modolo J, Beuter A. (2009) Linking brain dynamics, neural mechanisms, and deep brain stimulation in Parkinson's disease: an integrated perspective. Medical Engineering & Physics. 31(6):615-23.
Ainsi, pour donner d'autres réponses de Normand :
"La surstimulation du NST revient à annuler son fonctionnement..." et "Peut-on penser que la lésion du NST engendrerait les même résultats ?"
En réalité la pratique des stimulations (1995) fait suite à une pratique de lésions (thalamiques ou dans le pallidum). La réponse à la deuxième question serait donc "oui".
"Peut on parler d'une coupure du circuit ? Est ce que ça reviendrait à couper la voie indirecte ?"
Tout dépend de la théorie en laquelle on adhère. Je préfère parler de coupure "dans" le circuit. Ainsi, soit on coupe une voie indirecte, soit on "réorganise" le réseau.
"Est ce qu'on peut penser à une lésion à effet paradoxal ?"
Je ne le pense pas.
On sait que 1) la lésion du striatum ou celle de la substance noire (SN) induit le déficit.
On sait que 2) la lésion combinée SN + thalamus = pas de déficit (en schématisant à l'extrème).
Jusque là, la combinaison des résultats 1) et 2) est "surprenante".
L'effet du cumul de lésion devient "paradoxal" si la lésion thalamus seule induit un déficit comparable à celui de la SN seule.
Sinon, l'effet du cumul de lésions est probablement explicable par un jeu d'activations/inhibitions/levées d'inhibitions, sans compter les réorganisations possibles induites par l'aspect progressif de la maladie.
Pinpin le 24/09/2009 à 17:11:56
Bon alors je vais me pencher sur la biblio pour parfaire mes connaissances et certainement revenir avec de nouvelles questions ! Merci d'avoir accordé du temps à me répondre.