LE CERVEAU HUMAIN, l'organe qui coordonne et régule toutes les fonctions vitales du corps et contrôle le comportement. Toutes nos pensées, sentiments, sensations, désirs et mouvements sont associés au travail du cerveau. Si celui-ci ne fonctionne pas, la personne entre dans un état végétatif: la capacité d’agir, de ressentir ou de réagir à des influences extérieures est perdue. Cet article se concentre sur le cerveau humain, plus complexe et hautement organisé que le cerveau des animaux. Cependant, il existe des similitudes importantes dans la structure du cerveau humain et des autres mammifères, tout comme la plupart des espèces de vertébrés.
Le système nerveux central (SNC) comprend le cerveau et la moelle épinière. Il est associé à diverses parties du corps par les nerfs périphériques - moteur et sensoriel. Voir aussi SYSTÈME NERVEUX.
Le cerveau est une structure symétrique, comme la plupart des autres parties du corps. À la naissance, son poids est d'environ 0,3 kg, alors que chez l'adulte, il pèse env. 1,5 kg. Lors de l'examen externe du cerveau, deux grands hémisphères qui cachent les formations plus profondes attirent l'attention. La surface des hémisphères est recouverte de rainures et de convolutions qui augmentent la surface du cortex (couche externe du cerveau). Derrière le cervelet est placé, dont la surface est plus finement coupée. Au-dessous des grands hémisphères se trouve le tronc cérébral qui passe dans la moelle épinière. Les nerfs quittent le tronc et la moelle épinière, le long desquels l'information circule des récepteurs internes et externes au cerveau, et les signaux aux muscles et aux glandes circulent dans la direction opposée. 12 paires de nerfs crâniens s'éloignent du cerveau.
À l'intérieur du cerveau, on distingue la matière grise, constituée principalement du corps des cellules nerveuses et formant le cortex, et la substance blanche - les fibres nerveuses qui forment les voies conductrices (voies) reliant les différentes parties du cerveau, ainsi que les nerfs qui vont au-delà du système nerveux central et vont vers divers organes.
Le cerveau et la moelle épinière sont protégés par des cas osseux - le crâne et la colonne vertébrale. Entre la substance du cerveau et les parois osseuses se trouvent trois coquilles: la couche externe - la dure-mère, la structure interne - la couche douce et, entre elles, le mince arachnoïde. L'espace entre les membranes est rempli de liquide céphalo-rachidien (de composition similaire au plasma sanguin), produit dans les cavités intracérébrales (ventricules du cerveau) et circule dans le cerveau et la moelle épinière, lui fournissant les nutriments et autres facteurs nécessaires à l'activité vitale.
L'apport sanguin au cerveau est principalement assuré par les artères carotides; à la base du cerveau, ils sont divisés en grandes branches qui vont à ses différentes sections. Bien que le poids du cerveau ne représente que 2,5% du poids du corps, il reçoit constamment, jour et nuit, 20% du sang circulant dans le corps et, par conséquent, de l'oxygène. Les réserves d'énergie du cerveau lui-même sont extrêmement petites et dépendent donc de l'apport en oxygène. Il existe des mécanismes de protection qui peuvent soutenir le flux sanguin cérébral en cas de saignement ou de blessure. Une caractéristique de la circulation cérébrale est également la présence de soi-disant. barrière hémato-encéphalique. Il se compose de plusieurs membranes, limitant la perméabilité des parois vasculaires et le flux de nombreux composés du sang dans la substance du cerveau; ainsi, cette barrière remplit des fonctions de protection. Par exemple, de nombreuses substances médicamenteuses ne pénètrent pas à travers.
CELLULES DE CERVEAU
Les cellules du système nerveux central sont appelées neurones. leur fonction est le traitement de l'information. Dans le cerveau humain de 5 à 20 milliards de neurones. La structure du cerveau comprend également des cellules gliales, il y en a environ 10 fois plus que les neurones. Glia remplit l'espace entre les neurones, formant la structure de soutien du tissu nerveux, et remplit également des fonctions métaboliques et autres.
Le neurone, comme toutes les autres cellules, est entouré d'une membrane semi-perméable (plasma). Deux types de processus s’écartent d’un corps cellulaire: les dendrites et les axones. La plupart des neurones ont de nombreux dendrites branchés, mais un seul axone. Les dendrites sont généralement très courts, tandis que la longueur de l'axone varie de quelques centimètres à plusieurs mètres. Le corps du neurone contient le noyau et d'autres organites, comme dans les autres cellules du corps (voir aussi CELL).
Impulsions nerveuses.
La transmission d'informations dans le cerveau, ainsi que dans l'ensemble du système nerveux, s'effectue par impulsion nerveuse. Ils se propagent dans la direction allant du corps de la cellule à la partie terminale de l'axone, qui peut se ramifier, formant un ensemble de terminaisons en contact avec d'autres neurones à travers une fente étroite, la synapse; la transmission des impulsions à travers la synapse est médiée par des substances chimiques - neurotransmetteurs.
Une impulsion nerveuse prend généralement naissance dans les dendrites - des processus de ramification minces d’un neurone qui se spécialisent dans l’obtention d’informations auprès d’autres neurones et leur transmission au corps d’un neurone. Sur les dendrites et, en plus petit nombre, il existe des milliers de synapses sur le corps cellulaire. c'est à travers les synapses axonales, portant les informations du corps du neurone, qu'elles sont transmises aux dendrites d'autres neurones.
La fin de l'axone, qui forme la partie présynaptique de la synapse, contient de petites vésicules avec un neurotransmetteur. Lorsque l'impulsion atteint la membrane présynaptique, le neurotransmetteur de la vésicule est libéré dans la fente synaptique. La fin d'un axone ne contient qu'un type de neurotransmetteur, souvent associé à un ou plusieurs types de neuromodulateurs (voir ci-dessous Neurochimie du cerveau).
Le neurotransmetteur libéré par la membrane présynaptique axonale se lie aux récepteurs situés sur les dendrites du neurone postsynaptique. Le cerveau utilise une variété de neurotransmetteurs, chacun étant associé à son récepteur particulier.
Les récepteurs des dendrites sont connectés à des canaux dans une membrane postsynaptique semi-perméable qui contrôle le mouvement des ions à travers la membrane. Au repos, le neurone a un potentiel électrique de 70 millivolts (potentiel de repos), tandis que la face interne de la membrane est chargée négativement par rapport à la face externe. Bien qu'il existe différents médiateurs, ils ont tous un effet stimulant ou inhibiteur sur le neurone postsynaptique. L'effet stimulant se traduit par l'amélioration du flux de certains ions, principalement de sodium et de potassium, à travers la membrane. En conséquence, la charge négative de la surface interne diminue - une dépolarisation se produit. L'effet de freinage se produit principalement par une modification du débit de potassium et de chlorure, ce qui entraîne une charge négative de la surface interne plus importante qu'au repos et une hyperpolarisation se produit.
La fonction du neurone est d'intégrer toutes les influences perçues par les synapses sur son corps et ses dendrites. Puisque ces influences peuvent être excitatrices ou inhibitrices et ne coïncident pas dans le temps, le neurone doit calculer l'effet total de l'activité synaptique en fonction du temps. Si l'effet excitateur l'emporte sur l'inhibiteur et que la dépolarisation de la membrane dépasse la valeur seuil, une certaine partie de la membrane du neurone est activée - dans la zone de base de son axone (tubercule axonal). À la suite de l’ouverture des canaux pour les ions sodium et potassium, un potentiel d’action (impulsion nerveuse) apparaît.
Ce potentiel s'étend le long de l'axone jusqu'à son extrémité à une vitesse de 0,1 m / s à 100 m / s (plus l'axone est épais, plus la vitesse de conduction est élevée). Lorsque le potentiel d'action atteint l'extrémité de l'axone, un autre type de canaux ioniques est activé, en fonction de la différence de potentiel, les canaux calciques. Selon eux, le calcium entre dans l'axone, ce qui conduit à la mobilisation des vésicules avec le neurotransmetteur, qui se rapprochent de la membrane présynaptique, se fondent avec elle et libèrent le neurotransmetteur dans la synapse.
Myéline et cellules gliales.
De nombreux axones sont recouverts d'une gaine de myéline, formée par une membrane de cellules gliales tordue à plusieurs reprises. La myéline est principalement composée de lipides, ce qui donne un aspect caractéristique à la substance blanche du cerveau et de la moelle épinière. Grâce à la gaine de myéline, la vitesse d'exécution du potentiel d'action le long de l'axone augmente, car les ions ne peuvent traverser la membrane axonale que dans des endroits non recouverts de myéline - le soi-disant interceptions Ranvier. Entre les interceptions, les impulsions sont conduites le long de la gaine de myéline, par le biais d'un câble électrique. Comme l'ouverture du canal et le passage des ions prennent un certain temps, l'élimination de l'ouverture constante des canaux et la restriction de leur étendue aux petites zones membranaires non recouvertes de myéline accélère la conduction des impulsions le long de l'axone d'environ 10 fois.
Une partie seulement des cellules gliales est impliquée dans la formation de la gaine de myéline des nerfs (cellules de Schwann) ou du tractus nerveux (oligodendrocytes). Des cellules gliales beaucoup plus nombreuses (astrocytes, microgliocytes) remplissent d'autres fonctions: elles constituent le squelette de soutien du tissu nerveux, répondent à ses besoins métaboliques et guérissent des blessures et des infections.
COMMENT FONCTIONNE LE CERVEAU
Prenons un exemple simple. Que se passe-t-il quand on prend un crayon sur la table? La lumière réfléchie par le crayon se concentre dans l'œil avec la lentille et est dirigée vers la rétine, où apparaît l'image du crayon. il est perçu par les cellules correspondantes, à partir desquelles le signal parvient aux principaux noyaux du cerveau responsables de la transmission sensorielle, situés dans le thalamus (tubercule visuel), principalement dans la partie appelée corps géniculé latéral. Il existe de nombreux neurones activés qui répondent à la distribution de la lumière et des ténèbres. Les axones des neurones du corps coudé latéral se dirigent vers le cortex visuel primaire, situé dans le lobe occipital des grands hémisphères. Les impulsions qui vont du thalamus à cette partie du cortex sont transformées en une séquence complexe de décharges de neurones corticaux, dont certaines réagissent à la limite entre le crayon et la table, d'autres aux coins de l'image au crayon, etc. À partir du cortex visuel primaire, les informations sur les axones pénètrent dans le cortex visuel associatif, où la reconnaissance du motif a lieu, ici un crayon. La reconnaissance dans cette partie du cortex est basée sur la connaissance précédemment accumulée des contours externes des objets.
La planification des mouvements (à savoir, prendre un crayon) se produit probablement dans le cortex des lobes frontaux des hémisphères cérébraux. Dans la même zone du cortex se trouvent des motoneurones qui commandent les muscles de la main et des doigts. L'approche de la main au crayon est contrôlée par le système visuel et par des interorécepteurs qui perçoivent la position des muscles et des articulations, dont l'information entre par le système nerveux central. Lorsque nous prenons un crayon à la main, les récepteurs situés au bout des doigts, qui perçoivent une pression, nous disent si les doigts tiennent bien le crayon et quel effort devrait être fait pour le tenir. Si nous voulons écrire notre nom au crayon, nous devons activer d'autres informations stockées dans le cerveau qui fournissent ce mouvement plus complexe, et un contrôle visuel aidera à augmenter sa précision.
Dans l'exemple ci-dessus, on peut constater que l'exécution d'une action assez simple implique de vastes zones du cerveau s'étendant du cortex aux régions sous-corticales. Avec des comportements plus complexes associés à la parole ou à la pensée, d'autres circuits neuronaux sont activés, couvrant des zones encore plus étendues du cerveau.
PRINCIPALES PARTIES DU CERVEAU
Le cerveau peut être divisé en trois parties principales: le cerveau antérieur, le tronc cérébral et le cervelet. Dans le cerveau antérieur, les hémisphères cérébraux, le thalamus, l'hypothalamus et l'hypophyse (l'une des plus importantes glandes neuroendocrines) sont sécrétés. Le tronc cérébral est constitué du médulla oblongata, des pons et du mésencéphale.
Grands hémisphères
- la plus grande partie du cerveau, représentant environ 70% de son poids chez l'adulte. Normalement, les hémisphères sont symétriques. Ils sont interconnectés par un énorme faisceau d'axones (corpus callosum), permettant l'échange d'informations.
Chaque hémisphère est constitué de quatre lobes: frontal, pariétal, temporal et occipital. Le cortex des lobes frontaux contient des centres qui régulent l'activité locomotrice ainsi que, probablement, des centres de planification et de prospective. Dans le cortex des lobes pariétaux, situés derrière le front, il y a des zones de sensations corporelles, y compris le sens du toucher et les sensations articulaires et musculaires. Le côté du lobe pariétal jouxte le temporal, dans lequel se trouve le cortex auditif primaire, ainsi que les centres de la parole et d'autres fonctions supérieures. L'arrière du cerveau occupe le lobe occipital situé au-dessus du cervelet; son écorce contient des zones de sensations visuelles.
Les zones du cortex qui ne sont pas directement liées à la régulation des mouvements ou à l'analyse des informations sensorielles sont appelées cortex associatif. Dans ces zones spécialisées, des liens associatifs sont formés entre différentes zones et parties du cerveau et les informations qui en proviennent sont intégrées. Le cortex associatif assure des fonctions complexes telles que l'apprentissage, la mémoire, la parole et la pensée.
Structures sous-corticales.
Sous le cortex se trouvent un certain nombre de structures cérébrales importantes, ou noyaux, qui sont des grappes de neurones. Ceux-ci incluent le thalamus, les noyaux gris centraux et l'hypothalamus. Le thalamus est le principal noyau transmetteur sensoriel; il reçoit des informations des sens et, à son tour, les transmet aux parties appropriées du cortex sensoriel. Il existe également des zones non spécifiques qui sont associées à presque tout le cortex et, probablement, fournissent les processus d'activation et de maintien de la veille et de l'attention. Les noyaux gris centraux sont un ensemble de noyaux (la coquille, la boule pâle et le noyau caudé) impliqués dans la régulation des mouvements coordonnés (démarrage et arrêt).
L'hypothalamus est une petite zone située à la base du cerveau, située sous le thalamus. Riche en sang, l'hypothalamus est un centre important qui contrôle les fonctions homéostatiques du corps. Il produit des substances qui régulent la synthèse et la libération des hormones hypophysaires (voir également HYPOPHYSE). Dans l'hypothalamus, de nombreux noyaux remplissent des fonctions spécifiques, telles que la régulation du métabolisme de l'eau, la distribution de la graisse emmagasinée, la température corporelle, le comportement sexuel, le sommeil et la veille.
Tronc cérébral
situé à la base du crâne. Il relie la moelle épinière au cerveau antérieur et comprend la moelle oblongate, les pons, le milieu et le diencephale.
À travers le cerveau moyen et intermédiaire, ainsi que dans tout le tronc, passez les voies motrices menant à la moelle épinière, ainsi que certaines voies sensibles allant de la moelle épinière aux parties sus-jacentes du cerveau. Au-dessous du cerveau moyen se trouve un pont relié par des fibres nerveuses au cervelet. La partie inférieure du tronc - la moelle - passe directement dans la moelle épinière. La médulla oblongate contient des centres qui régulent l'activité du cœur et de la respiration, en fonction des circonstances extérieures, et qui contrôlent également la pression artérielle, la motilité gastrique et intestinale.
Au niveau du tronc, les voies reliant chaque hémisphère cérébral au cervelet se croisent. Par conséquent, chacun des hémisphères contrôle le côté opposé du corps et est connecté à l'hémisphère opposé du cervelet.
Cervelet
situé sous les lobes occipitaux des hémisphères cérébraux. Par les voies du pont, il est connecté aux parties sus-jacentes du cerveau. Le cervelet régule les mouvements automatiques subtils, coordonnant l'activité de divers groupes musculaires lors de la réalisation d'actes comportementaux stéréotypés. il contrôle également en permanence la position de la tête, du torse et des membres, c.-à-d. impliqué dans le maintien de l'équilibre. Selon les dernières données, le cervelet joue un rôle très important dans la formation des habiletés motrices, en aidant à mémoriser la séquence des mouvements.
Autres systèmes.
Le système limbique est un vaste réseau de régions cérébrales interconnectées qui régulent les états émotionnels et permettent l'apprentissage et la mémoire. Les noyaux formant le système limbique incluent l’amygdale et l’hippocampe (inclus dans le lobe temporal), ainsi que l’hypothalamus et le soi-disant noyau. septum transparent (situé dans les régions sous-corticales du cerveau).
La formation réticulaire est un réseau de neurones qui s’étendent sur tout le tronc jusqu’au thalamus et qui sont en outre connectés à de vastes zones du cortex. Il participe à la régulation du sommeil et de l'éveil, maintient l'état actif du cortex et contribue à attirer l'attention sur certains objets.
ACTIVITÉ ÉLECTRIQUE DU CERVEAU
À l'aide d'électrodes placées à la surface de la tête ou introduites dans la substance du cerveau, il est possible de fixer l'activité électrique du cerveau en raison des décharges de ses cellules. L'enregistrement de l'activité électrique du cerveau avec des électrodes à la surface de la tête s'appelle un électroencéphalogramme (EEG). Il ne permet pas d'enregistrer la décharge d'un neurone individuel. En raison de l’activité synchronisée de milliers ou de millions de neurones, des oscillations (ondes) perceptibles apparaissent sur la courbe enregistrée.
Avec l'inscription constante sur l'EEG, des changements cycliques sont révélés, reflétant le niveau global d'activité de l'individu. En état de veille active, l'EEG capture les ondes bêta non rythmiques de faible amplitude. Dans un état d'éveil détendu avec les yeux fermés, les ondes alpha prédominent à une fréquence de 7 à 12 cycles par seconde. L'apparition du sommeil est indiquée par l'apparition d'ondes lentes de forte amplitude (ondes delta). Pendant les périodes de rêve, les ondes bêta réapparaissent sur l'EEG et sur la base de l'EEG, une fausse impression peut être créée selon laquelle la personne est éveillée (d'où le terme «sommeil paradoxal»). Les rêves sont souvent accompagnés de mouvements oculaires rapides (avec les paupières fermées). Par conséquent, rêver est aussi appelé sommeil avec mouvements oculaires rapides (voir aussi SLEEP). L'EEG vous permet de diagnostiquer certaines maladies du cerveau, notamment l'épilepsie (voir ÉPILÉPSIE).
Si vous enregistrez l'activité électrique du cerveau pendant l'action d'un stimulus particulier (visuel, auditif ou tactile), vous pouvez identifier le soi-disant. potentiels évoqués - décharges synchrones d'un certain groupe de neurones, apparaissant en réponse à un stimulus externe spécifique. L’étude des potentiels évoqués a permis de préciser la localisation des fonctions cérébrales, en particulier de relier la fonction de la parole à certaines zones des lobes temporaux et frontaux. Cette étude aide également à évaluer l'état des systèmes sensoriels chez les patients présentant une sensibilité altérée.
NEUROCHIMIE DU CERVEAU
Les principaux neurotransmetteurs du cerveau sont l'acétylcholine, la noradrénaline, la sérotonine, la dopamine, le glutamate, l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), les endorphines et les enképhalines. Outre ces substances bien connues, un grand nombre d’autres qui n’ont pas encore été étudiées fonctionnent probablement dans le cerveau. Certains neurotransmetteurs agissent uniquement dans certaines zones du cerveau. Ainsi, les endorphines et les enképhalines ne se trouvent que dans les voies conduisant les impulsions de douleur. D'autres médiateurs, tels que le glutamate ou le GABA, sont plus largement distribués.
L'action des neurotransmetteurs.
Comme on l'a déjà noté, les neurotransmetteurs, agissant sur la membrane postsynaptique, modifient sa conductivité pour les ions. Cela se produit souvent par l'activation dans le neurone postsynaptique du second système "médiateur", par exemple l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc). L'action des neurotransmetteurs peut être modifiée sous l'influence d'une autre classe de substances neurochimiques - les neuromodulateurs peptidiques. Libérés par la membrane présynaptique en même temps que le médiateur, ils ont la capacité d'améliorer ou de modifier l'effet des médiateurs sur la membrane postsynaptique.
Le système d'endorphine-enképhaline récemment découvert est important. Les enképhalines et les endorphines sont de petits peptides qui inhibent la conduction des impulsions douloureuses en se liant aux récepteurs du SNC, y compris dans les zones supérieures du cortex. Cette famille de neurotransmetteurs supprime la perception subjective de la douleur.
Drogues psychoactives
- les substances qui peuvent se lier spécifiquement à certains récepteurs du cerveau et provoquer des changements de comportement. Identifié plusieurs mécanismes de leur action. Certains affectent la synthèse des neurotransmetteurs, d'autres - leur accumulation et leur libération par les vésicules synaptiques (par exemple, l'amphétamine provoque une libération rapide de la noradrénaline). Le troisième mécanisme consiste à se lier aux récepteurs et à imiter l’action d’un neurotransmetteur naturel. Par exemple, l’effet du LSD (acide lysergique diéthylamide) s’explique par son aptitude à se lier aux récepteurs de la sérotonine. Le quatrième type d’action médicamenteuse est le blocage des récepteurs, c’est-à-dire antagonisme avec les neurotransmetteurs. Des antipsychotiques largement utilisés, tels que les phénothiazines (par exemple, la chlorpromazine ou l'aminazine) bloquent les récepteurs de la dopamine et réduisent ainsi l'effet de la dopamine sur les neurones postsynaptiques. Enfin, le dernier mécanisme d’action commun est l’inhibition de l’inactivation des neurotransmetteurs (de nombreux pesticides empêchent l’inactivation de l’acétylcholine).
On sait depuis longtemps que la morphine (un produit à base de pavot à opium purifié) a non seulement un effet analgésique prononcé (analgésique), mais aussi la capacité de provoquer une euphorie. C'est pourquoi il est utilisé comme médicament. L'action de la morphine est liée à sa capacité à se lier à des récepteurs du système endorphine-enképhaline humain (voir aussi MÉDICAMENT). Ceci n'est qu'un exemple parmi d'autres du fait qu'une substance chimique d'origine biologique différente (dans ce cas d'origine végétale) est capable d'influencer le fonctionnement du cerveau des animaux et des humains, en interaction avec des systèmes de neurotransmetteurs spécifiques. Un autre exemple bien connu est le curare, dérivé d'une plante tropicale et capable de bloquer les récepteurs de l'acétylcholine. Les Indiens d’Amérique du Sud ont graissé des pointes de flèche au curare en utilisant son effet paralysant associé au blocage de la transmission neuromusculaire.
ÉTUDES SUR LE CERVEAU
La recherche sur le cerveau est difficile pour deux raisons principales. Premièrement, le cerveau, protégé en toute sécurité par le crâne, n'est pas accessible directement. Deuxièmement, les neurones du cerveau ne se régénèrent pas. Toute intervention peut entraîner des dommages irréversibles.
Malgré ces difficultés, la recherche sur le cerveau et certaines formes de traitement (principalement une intervention neurochirurgicale) sont connues depuis l'Antiquité. Les découvertes archéologiques montrent que déjà dans l'Antiquité, l'homme a craqué le crâne pour accéder au cerveau. Des recherches particulièrement intensives sur le cerveau ont été menées pendant les périodes de guerre, au cours desquelles il était possible d'observer une variété de blessures à la tête.
Les lésions cérébrales consécutives à une blessure au front ou à une blessure subie en temps de paix sont une sorte d’expérience dans laquelle certaines parties du cerveau sont détruites. Comme il s’agit de la seule forme possible «d’expérience» sur le cerveau humain, une autre méthode de recherche importante a été les expériences sur des animaux de laboratoire. En observant les conséquences comportementales ou physiologiques des dommages causés à une structure cérébrale particulière, on peut juger de sa fonction.
L'activité électrique du cerveau chez les animaux de laboratoire est enregistrée à l'aide d'électrodes placées à la surface de la tête ou du cerveau ou introduites dans la substance du cerveau. Ainsi, il est possible de déterminer l'activité de petits groupes de neurones ou de neurones individuels, ainsi que d'identifier les modifications des flux ioniques à travers la membrane. À l'aide d'un appareil stéréotaxique permettant d'entrer l'électrode en un point spécifique du cerveau, ses sections de profondeur inaccessibles sont examinées.
Une autre approche consiste à éliminer de petites zones de tissu cérébral vivant, après quoi son existence est maintenue sous forme de tranche placée dans un milieu nutritif, ou les cellules sont séparées et étudiées dans des cultures cellulaires. Dans le premier cas, vous pouvez explorer l'interaction des neurones, dans le second - l'activité de cellules individuelles.
Lors de l'étude de l'activité électrique de neurones individuels ou de leurs groupes dans différentes zones du cerveau, l'activité initiale est généralement d'abord enregistrée, puis l'effet d'un effet particulier sur la fonction des cellules est déterminé. Selon un autre procédé, une impulsion électrique est appliquée à travers l'électrode implantée afin d'activer artificiellement les neurones les plus proches. Vous pouvez donc étudier les effets de certaines zones du cerveau sur ses autres zones. Cette méthode de stimulation électrique était utile dans l’étude des systèmes d’activation de la tige traversant le cerveau moyen; on tente également de comprendre comment les processus d'apprentissage et de mémoire se déroulent au niveau synaptique.
Il y a cent ans, il est devenu évident que les fonctions des hémisphères gauche et droit sont différentes. Un chirurgien français, P. Brock, observant des patients ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC), a découvert que seuls les patients présentant des lésions de l'hémisphère gauche souffraient d'un trouble de la parole. D'autres études sur la spécialisation des hémisphères ont été poursuivies à l'aide d'autres méthodes, telles que l'enregistrement EEG et les potentiels évoqués.
Ces dernières années, des technologies complexes ont été utilisées pour obtenir des images (visualisations) du cerveau. Ainsi, la tomodensitométrie (TDM) a révolutionné la neurologie clinique en permettant d'obtenir une image détaillée (en couches) in vivo des structures cérébrales. Une autre méthode d'imagerie - la tomographie par émission de positrons (TEP) - donne une image de l'activité métabolique du cerveau. Dans ce cas, un radio-isotope à vie courte est introduit chez une personne, qui s'accumule dans différentes parties du cerveau, et plus son activité métabolique est élevée. Avec l'aide de la TEP, il a également été démontré que les fonctions d'élocution de la majorité des personnes examinées sont associées à l'hémisphère gauche. Étant donné que le cerveau utilise un grand nombre de structures parallèles, la TEP fournit de telles informations sur les fonctions cérébrales qu'il est impossible d'obtenir avec des électrodes simples.
En règle générale, les recherches sur le cerveau sont menées à l'aide d'une combinaison de méthodes. Par exemple, le neurobiologiste américain R. Sperri, avec des employés, a utilisé comme procédure de traitement pour couper le corps calleux (faisceau d'axones reliant les deux hémisphères) chez certains patients atteints d'épilepsie. Par la suite, chez ces patients ayant un cerveau «divisé», une spécialisation hémisphérique a été étudiée. Il a été constaté que, pour la parole et les autres fonctions logiques et analytiques, l'hémisphère dominant dominant (généralement gauche) en est responsable, tandis que l'hémisphère non dominant analyse les paramètres spatio-temporels de l'environnement extérieur. Donc, il est activé lorsque nous écoutons de la musique. Une image en mosaïque de l'activité cérébrale suggère qu'il existe de nombreuses zones spécialisées dans le cortex et des structures sous-corticales; l'activité simultanée de ces zones confirme le concept du cerveau en tant que dispositif informatique à traitement de données parallèle.
Avec l’apparition de nouvelles méthodes de recherche, les idées sur les fonctions cérébrales sont susceptibles de changer. L'utilisation de dispositifs permettant d'obtenir une "carte" de l'activité métabolique de diverses parties du cerveau, ainsi que l'utilisation d'approches génétiques moléculaires, devrait approfondir notre connaissance des processus cérébraux. Voir aussi neuropsychologie.
ANATOMIE COMPARATIVE
Dans différents types de vertébrés, le cerveau est remarquablement similaire. Si nous faisons des comparaisons au niveau des neurones, nous trouvons une similitude distincte de caractéristiques telles que les neurotransmetteurs utilisés, les fluctuations de concentration en ions, les types de cellules et les fonctions physiologiques. Les différences fondamentales ne sont révélées que par rapport aux invertébrés. Les neurones invertébrés sont beaucoup plus gros; souvent, ils sont reliés les uns aux autres, pas par des produits chimiques, mais par des synapses électriques, que l'on trouve rarement dans le cerveau humain. Dans le système nerveux des invertébrés, certains neurotransmetteurs qui ne sont pas caractéristiques des vertébrés sont détectés.
Parmi les vertébrés, les différences dans la structure du cerveau sont principalement liées à la proportion de ses structures individuelles. En évaluant les similitudes et les différences dans le cerveau des poissons, des amphibiens, des reptiles, des oiseaux, des mammifères (y compris les humains), il est possible d’en déduire plusieurs tendances générales. Premièrement, tous ces animaux ont la même structure et les mêmes fonctions que les neurones. Deuxièmement, la structure et les fonctions de la moelle épinière et du tronc cérébral sont très similaires. Troisièmement, l'évolution des mammifères s'accompagne d'une augmentation marquée des structures corticales qui atteignent un développement maximal chez les primates. Chez les amphibiens, le cortex ne constitue qu'une petite partie du cerveau, alors que chez l'homme, c'est la structure dominante. On pense cependant que les principes de fonctionnement du cerveau de tous les vertébrés sont presque les mêmes. Les différences sont déterminées par le nombre de connexions et d'interactions entre interneurones, qui est d'autant plus élevé que le cerveau est complexe. Voir aussi ANATOMIE COMPARATIVE.
Cerveau humain
Le cerveau humain (lat. Encephalon) est un organe du système nerveux central, composé de nombreuses cellules nerveuses interconnectées et de leurs processus.
Le cerveau humain occupe presque toute la cavité de la région crânienne cérébrale, dont les os protègent le cerveau des dommages mécaniques externes. Dans le processus de croissance et de développement, le cerveau prend la forme d'un crâne.
Le contenu
Masse cérébrale [modifier]
La masse du cerveau des personnes normales varie de 1 000 à plus de 2 000 grammes, ce qui correspond en moyenne à environ 2% du poids corporel. Le cerveau des hommes a un poids moyen de 100-150 grammes de plus que celui des femmes [1]. Il est largement admis que les capacités mentales d’une personne dépendent de la masse du cerveau: plus la masse cérébrale est grande, plus la personne est douée. Cependant, il est évident que ce n'est pas toujours le cas [2]. Par exemple, le cerveau de I. S. Turgenev pesait en 2012 et celui d'Anatol France - 1017 g. Le cerveau le plus lourd - 2850 g - a été retrouvé chez un individu souffrant d'épilepsie et d'idiotie [3]. Son cerveau était fonctionnellement inférieur. Il n’ya donc pas de relation directe entre la masse du cerveau et les capacités mentales de l’individu. Cependant, dans de grands échantillons, de nombreuses études ont montré une corrélation positive entre la masse cérébrale et les capacités mentales, ainsi que entre la masse de certaines régions du cerveau et diverses capacités cognitives [4] [5].
Le degré de développement du cerveau peut être évalué, en particulier, par le rapport entre la masse de la moelle épinière et le cerveau. Donc, chez les chats, il est égal à 1: 1, chez les chiens, il est égal à 1: 3, chez les singes inférieurs, il est égal à 1:16, chez les humains, il est égal à 1:50. Chez les peuples du Paléolithique supérieur, le cerveau était nettement plus gros (10–12%) que le cerveau de l'homme moderne [6] - 1: 55–1: 56.
Structure du cerveau [modifier]
Le volume du cerveau humain représente 91 à 95% de la capacité du crâne. Dans le cerveau, il y a cinq divisions: la moelle, postérieure, qui comprend le pont et le cervelet, l'épiphyse, le cerveau moyen, intermédiaire et le cerveau antérieur, représentés par les grands hémisphères. Avec la division en divisions donnée ci-dessus, le cerveau entier est divisé en trois grandes parties:
- Hémisphères cérébraux;
- Le cervelet;
- Tronc cérébral.
Le cortex cérébral recouvre les deux hémisphères du cerveau: le droit et le gauche.
Coquilles de cerveau [modifier]
Le cerveau, comme la moelle épinière, est recouvert de trois membranes: molle, arachnoïdienne et solide.
La membrane molle ou vasculaire du cerveau (lat. Pia mater encephali) est directement adjacente à la substance du cerveau, pénètre dans toutes les rainures et recouvre toutes les circonvolutions. Il consiste en un tissu conjonctif lâche dans lequel de nombreux vaisseaux se ramifiant au cerveau. Les processus minces du tissu conjonctif, qui pénètrent profondément dans la masse cérébrale, s'éloignent de la choroïde.
La membrane arachnoïdienne du cerveau (lat. Arachnoidea encephali) est mince, translucide et dépourvue de vaisseaux. Il s'adapte étroitement aux convolutions du cerveau, mais ne pénètre pas dans les sillons, ce qui entraîne la formation de citernes sous-arachnoïdiennes remplies de liquide céphalo-rachidien entre les membranes vasculaire et arachnoïdienne et alimente l'arachnoïde. La plus grande citerne oblongue cérébelleuse est située à l'arrière du quatrième ventricule; l'ouverture centrale du quatrième ventricule y débouche; la citerne de la fosse latérale se trouve dans le sillon latéral du grand cerveau; inter-lame - entre les jambes du cerveau; intersection de chars - à la place du chiasma visuel (intersection).
La dure-mère du cerveau (lat. Dura mater encephali) est le périoste de la surface interne du cerveau des os du crâne. Dans cette membrane, on observe la plus forte concentration de récepteurs de la douleur dans le corps humain, alors qu’il n’ya pas de récepteurs de la douleur dans le cerveau lui-même.
La dure-mère est constituée d'un tissu conjonctif dense, tapissé de l'intérieur par des cellules plates et humidifiées, étroitement fusionnées avec les os du crâne dans la zone de sa base interne. Entre les coquilles solide et arachnoïdienne se trouve un espace sous-dural rempli de liquide séreux.
Parties structurelles du cerveau [modifier]
Cerveau oblong [modifier]
La medulla oblongata (lat. Medulla oblongata) se développe à partir de la cinquième vésicule cérébrale (supplémentaire). La moelle épinière est une continuation de la moelle épinière avec une segmentation altérée. La matière grise de la moelle oblongate est constituée de noyaux individuels de nerfs crâniens. La matière blanche est constituée des voies de la moelle épinière et du cerveau, qui sont tirées vers le haut dans le tronc cérébral, puis de la moelle épinière.
Sur la face antérieure du bulbe rachidien, il y a une fissure médiane antérieure sur laquelle se trouvent des fibres blanches épaissies appelées pyramides. Les pyramides se rétrécissent en raison du fait qu'une partie de leurs fibres passe du côté opposé, formant un croisement de pyramides, formant un chemin pyramidal latéral. Certaines fibres blanches qui ne se croisent pas forment un chemin pyramidal droit.
Pont [edit]
Le pont (lat. Pons) se situe au-dessus de la moelle oblongate. Il s’agit d’un rouleau épaissi avec des fibres transversales. Au centre se trouve le sillon principal, dans lequel se situe l'artère principale du cerveau. Des deux côtés du sillon, il y a des améliorations importantes formées par des chemins pyramidaux. Le pont consiste en un grand nombre de fibres transversales qui forment sa substance blanche - des fibres nerveuses. Entre les fibres, de nombreuses grappes de matière grise forment le noyau du pont. En continuant jusqu'au cervelet, les fibres nerveuses forment sa jambe moyenne.
Cervelet [modifier]
Le cervelet (lat. Cervelet) se situe sur la face postérieure du pont et de la moelle épinière dans la fosse crânienne postérieure. Il se compose de deux hémisphères et d'un ver qui relie les hémisphères l'un à l'autre. La masse du cervelet 120-150 g.
Le cervelet est séparé du gros cerveau par une fente horizontale dans laquelle la dure-mère forme une tente à cervelet tendue sur la fosse postérieure du crâne. Chaque hémisphère cérébelleux est constitué de matière grise et blanche.
La matière grise du cervelet se trouve au-dessus du blanc sous la forme du cortex. Les noyaux nerveux sont situés dans les hémisphères cérébelleux, dont la masse est principalement représentée par la substance blanche. L'écorce des hémisphères forme des rainures parallèles entre lesquelles il y a des circonvolutions de même forme. Les sillons divisent chaque hémisphère du cervelet en plusieurs parties. L'une des particules - une ferraille, adjacente aux jambes du cervelet, se démarque plus que d'autres. C'est phylogénétiquement le plus ancien. Le lambeau et le nodule du ver apparaissent déjà chez les vertébrés inférieurs et sont associés au fonctionnement de l'appareil vestibulaire.
Le cortex de l'hémisphère cérébelleux est constitué de deux couches de cellules nerveuses: la molécule externe et la granule. L'épaisseur de l'écorce de 1-2,5 mm.
La matière grise du cervelet est ramifiée en blanc (dans la partie centrale du cervelet, on peut la voir comme une branche de thuja à feuilles persistantes), on l'appelle donc l'arbre de vie du cervelet.
Le cervelet est relié en trois paires de jambes au tronc cérébral. Les jambes sont représentées par des faisceaux de fibres. Les jambes inférieures du cervelet vont à la moelle oblongée et sont également appelées corps de corde. Ils comprennent la voie spinale-cérébrale postérieure.
Les jambes centrales (pont) du cervelet sont reliées au pont dans lequel les fibres transversales passent aux neurones du cortex cérébral. À travers la jambe moyenne, passe le pont cortical, grâce auquel le cortex cérébral agit sur le cervelet.
Les membres supérieurs du cervelet sous forme de fibres blanches se dirigent vers le mésencéphale, où ils sont situés le long des membres inférieurs et les rejoignent étroitement. Les jambes supérieures (crâniennes) du cervelet sont principalement composées des fibres de ses noyaux et servent de voies principales qui conduisent les impulsions aux monticules optiques, à la région hypogastrique et aux noyaux rouges.
Les jambes sont situées à l'avant et le pneu - derrière. L'approvisionnement en eau du cerveau moyen (système d'alimentation en eau de Sylviev) passe entre le pneu et les jambes. Il relie le quatrième ventricule au troisième.
La fonction principale du cervelet est la coordination réflexe des mouvements et la répartition du tonus musculaire.
Cerveau moyen [modifier]
La couverture du mésencéphale (lat. Le mésencéphale) se situe au-dessus de sa couverture et recouvre la surface de l'aqueduc au-dessus de l'aqueduc. Le couvercle contient une plaque de pneu (cheliflow). Les deux buttes supérieures sont associées à la fonction de l'analyseur visuel, servent de centres d'orientation des réflexes aux stimuli visuels et sont donc appelées visuelles. Les deux tubercules inférieurs sont auditifs, associés à des réflexes approximatifs sur des stimuli sonores. Les buttes supérieures sont reliées aux corps coudés latéraux du diencephale par les poignées supérieures, les buttes inférieures sont reliées aux poignées inférieures aux corps coudés médiaux.
À partir de la plaque du pneu, commence le trajet cérébro-spinal, qui relie le cerveau à la moelle épinière. Des impulsions efférentes le traversent en réponse à des stimuli visuels et auditifs.
Hémisphères [modifier]
Hémisphères cérébraux. Ceux-ci incluent les lobes des hémisphères, le cortex cérébral (cape), les noyaux gris centraux, le cerveau olfactif et les ventricules latéraux. Les hémisphères du cerveau sont séparés par une fente longitudinale dans laquelle sont ménagés les corps calleux, qui les relie. Sur chaque hémisphère, distinguer les surfaces suivantes:
- face supérieure, convexe, faisant face à la surface interne de la voûte crânienne;
- la surface inférieure située sur la surface intérieure de la base du crâne;
- surface médiale, à travers laquelle les hémisphères sont interconnectés.
Dans chaque hémisphère, il y a des parties les plus saillantes: devant - le pôle frontal, derrière - le pôle occipital, sur le côté - le pôle temporal. De plus, chaque hémisphère cérébral est divisé en quatre grands lobes: frontal, pariétal, occipital et temporal. Dans la niche de la fosse latérale du cerveau, une petite proportion se trouve dans l’île. L'hémisphère est divisé en lobes des sillons. Le plus profond d'entre eux est latéral, ou latéral, et on l'appelle aussi le sylvium sulcus. Le sillon latéral sépare le lobe temporal du frontal et du pariétal. À partir du bord supérieur des hémisphères, la rainure centrale, ou rainure de Roland, descend. Il sépare le lobe frontal du cerveau du pariétal. Le lobe occipital est séparé du pariétal uniquement de la surface médiale des hémisphères - le sulcus pariéto-occipital.
Les hémisphères cérébraux de l'extérieur sont recouverts de matière grise formant le cortex cérébral, ou cape. Dans le cortex, il y a 15 milliards de cellules et, si l’on considère que chacune d’entre elles a entre 7 000 et 10 000 connexions avec des cellules voisines, on peut en conclure que les fonctions de l’écorce sont souples, stables et fiables. La surface du cortex augmente considérablement en raison des sillons et des convolutions. Le cortex phylogénétique est la plus grande structure du cerveau, sa superficie est d’environ 220 000 mm 2.
Différences sexuelles [modifier]
Les méthodes de tomographie ont permis de fixer expérimentalement les différences dans la structure du cerveau des femmes et des hommes [7] [8]. Il a été établi que le cerveau masculin avait plus de connexions entre les zones situées à l'intérieur des hémisphères et la femelle entre les hémisphères. Il est supposé que le cerveau des hommes est plus optimisé pour les habiletés motrices et celui des femmes pour la pensée analytique et intuitive. Les chercheurs notent que ces résultats devraient être appliqués à la population dans son ensemble et non aux individus. Ces différences de structure cérébrale étaient plus prononcées lorsque l'on comparait les groupes âgés de 13,4 à 17 ans. Cependant, avec l'âge dans le cerveau chez les femmes, le nombre de connexions entre les zones situées à l'intérieur des hémisphères a augmenté, ce qui minimise les différences structurelles distinctes entre les sexes [8].
En même temps, malgré l’existence de différences dans la structure anatomique et morphologique du cerveau des femmes et des hommes, il n’existe aucun signe décisif ni leur combinaison qui permettent de parler d’un cerveau spécifiquement «masculin» ou spécifiquement «féminin» [9]. Certaines caractéristiques du cerveau sont plus courantes chez les femmes et plus souvent observées chez les hommes. Cependant, les deux peuvent se manifester chez le sexe opposé et aucun ensemble stable de ce type de signes n'est pratiquement observé.
Développement du cerveau [modifier]
Développement prénatal [10] [modifier]
Développement survenant dans la période précédant la naissance, développement intra-utérin du fœtus. Au cours de la période prénatale, il existe un développement physiologique intense du cerveau, de ses systèmes sensoriel et effecteur.
Condition Natal [10] [modifier]
La différenciation des systèmes du cortex cérébral se produit progressivement, ce qui conduit à une maturation inégale des structures cérébrales individuelles.
Lors de la naissance d'un enfant, les formations sous-corticales sont pratiquement formées et les zones de projection du cerveau sont proches du stade final de maturation, dans lequel se terminent les connexions neuronales provenant des récepteurs de différents organes sensoriels (systèmes analyseurs) et les voies motrices [11].
Ces zones agissent comme une agglomération des trois blocs cérébraux. Mais parmi eux, le plus haut niveau de maturation est atteint par la structure du bloc de régulation de l'activité cérébrale (le premier bloc du cerveau). Dans les deuxième (bloc de réception, traitement et stockage de l'information) et le troisième (bloc de programmation, de régulation et de contrôle de l'activité), seules les zones du cortex liées aux lobes primaires qui reçoivent l'information (deuxième bloc) et forment les impulsions motrices sortantes sont les plus matures (3ème bloc) [12].
Les autres zones du cortex cérébral au moment de l'accouchement n'atteignent pas un niveau de maturité suffisant. Ceci est démontré par la petite taille de leurs cellules, la petite largeur de leurs couches supérieures qui remplissent une fonction associative, la taille relativement petite de la zone qu'elles occupent et la myélinisation insuffisante de leurs éléments.
Période de 2 à 5 ans [modifier]
À l'âge de deux à cinq ans, se produisent les champs cérébraux associatifs secondaires dont certaines (les zones gnostiques secondaires des systèmes analyseurs) sont situées dans les deuxième et troisième blocs (la région prémotrice). Ces structures fournissent les processus de perception et d'exécution d'une séquence d'actions [11].
Période de 5 à 7 ans [modifier]
Les suivants sont des champs cérébraux tertiaires (associatifs). Tout d'abord, le champ associatif postérieur se développe - la région pariéto-temporale-occipitale, puis le champ associatif antérieur - la région préfrontale.
Les champs tertiaires occupent la position la plus haute dans la hiérarchie de l'interaction des différentes zones du cerveau, et c'est ici que sont réalisées les formes les plus complexes de traitement de l'information. La région associative postérieure fournit la synthèse de toutes les informations multimodales entrantes dans la réflexion intégrale super-modale de l'entité environnante de la réalité dans la totalité de ses connexions et relations. La zone associative avant est responsable de la réglementation arbitraire de formes complexes d’activités mentales, y compris de la sélection des informations nécessaires à cette activité, de la création de programmes d’activités sur cette base et du contrôle de leur déroulement correct.
Ainsi, chacun des trois blocs fonctionnels du cerveau atteint sa pleine maturité à différents moments et la maturation se déroule en séquence du premier au troisième bloc. C'est le chemin qui va du bas vers le haut - des formations sous-jacentes aux structures sus-jacentes, des structures sous-corticales aux champs primaires, des champs primaires aux champs associatifs. Des dommages lors de la formation de l'un de ces niveaux peuvent entraîner des déviations dans la maturation du prochain en raison de l'absence d'effets stimulants du niveau endommagé sous-jacent [11].