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L'organisation motrice du cortex cérébral

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L'organisation motrice du cortex cérébral

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L’homonculus moteur illustre la cartographie fonctionnelle du cortex moteur, plus précisément dans la région du gyrus précentral (aire 4 de Brodmann). Cette zone du cortex est peuplée de cellules pyramidales géantes appelées cellules de Betz, à l’origine de la voie pyramidale. Grâce aux travaux de Wilder Penfield, on sait aujourd’hui que chaque partie du corps humain est représentée de manière proportionnelle à sa complexité motrice : plus une zone nécessite un contrôle moteur fin (comme les doigts ou les lèvres), plus sa représentation corticale est étendue. Cette somatotopie fonctionnelle donne naissance à une figure déformée appelée "homonculus de Penfield", où les proportions du corps humain sont exagérées selon l’importance du contrôle moteur requis.

L’activité de ces régions peut être observée grâce à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), une technique non invasive qui permet de visualiser les zones cérébrales activées en mesurant les variations locales de flux sanguin. Ce couplage entre activité neuronale et apport métabolique constitue une base essentielle pour l’étude du fonctionnement du cerveau humain en temps réel.

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Suis-je mon cerveau ? | Albert Moukheiber,  docteur en neurosciences | Les idées larges | ARTE

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en utilisant les documents de l’exercice dont l’énoncé est sur padlet , répondre aux questions suivantes en sélectionnant la ou les bonnes propositions

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le sucre peut-il être considéré comme une drogue ?

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le sucre peut-il être considéré comme une drogue ?

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Le cerveau possède la fascinante capacité de pouvoir parfois fonctionner quasi-normalement alors même qu'il n'en reste que la moitié. Une étude réalisée par imagerie par résonance magnétique (IRM) permet de mieux en comprendre les raisons.

Souffrant d'épilepsie rebelle à tout traitement, six individus ont été traités dans leur enfance par ablation de l'hémisphère cérébral à l'origine des crises. Pour quatre d'entre eux, il s'agissait d'une hémisphérectomie fonctionnelle (amputation de grandes portions de l'hémisphère affecté avec déconnexion totale de l'hémisphère controlatéral). Les deux autres avaient subi une hémisphérectomie anatomique (ablation de la totalité de l'hémisphère). Quatre patients avaient subi l'ablation de l'hémisphère droit, alors que la moitié gauche du cerveau avait été retirée chez deux autres. Ces patients (4 femmes et 2 hommes), aujourd'hui âgés de 21 à 31 ans, avaient été opérés à l'âge de 3 mois, 4, 6, 7, 8 et 11 ans.
Epilepsie rébelle
Pour trois d'entre eux, l'intervention neurochirurgicale avait été motivée par une encéphalite de Rasmussen, maladie inflammatoire du cortex cérébral caractérisée par une épilepsie rebelle et intéressant un seul hémisphère. L'épilepsie de deux autres patients était en rapport avec un accident vasculaire cérébral périnatal. Le plus jeune sujet souffrait de dysplasie corticale, malformation cérébrale apparaissant au cours du développement.

Parue le 18 novembre 2019 dans la revue Cell Reports, cette étude a consisté à visualiser par IRM fonctionnelle* le cerveau de ces six individus hémisphérectomisés dans leur enfance. Aujourd'hui adultes, leurs capacités sensitivo-motrices et cognitives sont relativement intactes. On sait que chez de tels patients, les handicaps moteurs et visuels résultant de l'opération peuvent parfois grandement s'améliorer. De même, les capacités de langage peuvent quasiment revenir à la normale.

A quoi attribuer l'incroyable capacité de compensation des fonctions cérébrales chez ces rares patients dont l'anatomie du cerveau est si profondément modifiée ? Des chercheurs de l'Institut de technologie de Californie (Pasadena) ont cherché à répondre à cette question en utilisant l'IRM cérébrale fonctionnelle (IRMf)* à haute résolution pour analyser l'organisation de plusieurs réseaux neuronaux. Chez ces individus hémisphérectomisés, ils ont ainsi étudié le fonctionnement de leur cerveau au repos, durant une période où le sujet ne réalise aucune tâche. Une étude qui n'avait jamais été réalisée.

Evaluer la connectivité fonctionnelle
Chez ces six patients, les chercheurs ont comparé l'architecture fonctionnelle de l'hémisphère intact avec celle du cerveau d'individus sains. Un premier groupe de six sujets témoins est passé dans la même machine que les patients hémisphérectomisés. Les données de ces derniers ont également été comparées à celles d'un groupe témoin composé de 1482 individus faisant partie d'un vaste projet de recherche : le Brain Genomics Superstruct Project.

Au total, sept grands réseaux neuronaux associés aux fonctions cognitives et sensorielles ont été analysés au niveau de chaque hémisphère cérébral. Les chercheurs ont réalisé une parcellisation cérébrale, correspondant à la cartographie de l'organisation du cortex dans 200 régions par hémisphère. Ceci permet d'évaluer la connectivité avec une haute spécificité dans chaque parcelle et entre les différentes parcelles.

Dans la mesure où la plupart des réseaux neuronaux fonctionnant dans un cerveau au repos sont normalement distribués de façon bilatérale au sein des deux hémisphères, les chercheurs s'attendaient à trouver des réseaux neuronaux profondément réarrangés au sein du seul hémisphère cérébral restant.

Câblage renforcé entre réseaux neuronaux

Il en ressort que les patients hémisphérectomisés présentent, " de façon surprenante ", au sein des divers réseaux neuronaux, une connectivité robuste, équivalente à celle observée chez les sujets sains.

Plus important encore, chez ces individus ayant subi l'ablation d'un hémisphère cérébral, la connectivité entre les réseaux neuronaux est renforcée (à divers niveaux) et cela concerne tous les réseaux analysés. " Cette connectivité plus forte entre les réseaux n'est pas spécifique à certains réseaux ou de certains patients. Pour chacun des sept réseaux analysés, les patients hémisphérectomisés présentent une forte connectivité anormale entre réseaux ", insistent Dorit Klieman, Lynn Paul et leurs collègues de Caltech. " Cet effet est particulièrement prononcé pour les réseaux somatosensoriels, moteurs et visuels ", ajoutent-ils.

En résumé, chez des sujets hémisphérectomisés, un seul hémisphère cérébral, via un câblage neuronal équivalent à celui d'une personne saine et surtout une hyperconnexion entre divers réseaux neuronaux, suffit à faire fonctionner au repos ce qui reste du cerveau, presque aussi bien que chez un individu normal.
Réorganisation et compensation
" Nos résultats soulèvent de nouvelles questions intrigantes sur les bases neurales de la cognition et de l'expérience consciente. Chez nos patients avec résection anatomique complète, il n'y a simplement plus du tout d'hémisphère controlatéral, ce qui élimine la possibilité d'une participation de réseaux bilatéraux à l'état de repos et de contributions bilatérales à l'expérience consciente ", précisent les auteurs.

Il reste néanmoins à comprendre comment ces réseaux neuronaux s'organisent sur le plan fonctionnel lorsque l'on demande à un patient hémisphérectomisé de réaliser une tâche précise, donc en dehors de périodes de repos. Enfin, ces travaux permettent d'entrevoir de passionnantes perspectives de recherche sur la capacité d'un unique hémisphère à réaliser certaines tâches normalement traitées par des zones situées dans l'autre hémisphère. En d'autres termes, comment les réseaux neuronaux assurant ces fonctions latéralisées se réorganisent-ils fonctionnellement après hémisphérectomie ?

Pour l'heure, les résultats obtenus par IRM fonctionnelle montrent que le cerveau peut parfois se réorganiser jusqu'à quasiment compenser l'absence totale d'hémisphère controlatéral. L'occasion, une nouvelle fois, d'observer l'étonnante plasticité dont est capable le cerveau d'un enfant ayant subi une neurochirurgie précoce.

L'IRMf de repos étudie les fluctuations du signal BOLD * (Blood-Oxygen-Level Dependent). La mise en évidence d'importantes corrélations temporelles entre les fluctuations du signal dans différentes régions cérébrales est la base de l'étude de la connectivité cérébrale au repos. Cette technique ne nécessite pas l'injection de produit de contraste car son principe repose sur le couplage neurovasculaire et l'utilisation de la désoxyhémoglobine (hémoglobine sans oxygène) comme agent de contraste endogène.

Kliemann D, Adolphs R, Tyszka JM, Fischl B, Yeo BTT, Nair R, Dubois J, Paul LK. Intrinsic Functional Connectivity of the Brain in Adults with a Single Cerebral Hemispher e. Cell Rep. 2019 Nov 19;29(8):2398-2407.e4. doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.067 h

McGovern RA, N V Moosa A, Jehi L, Busch R, Ferguson L, Gupta A, Gonzalez-Martinez J, Wyllie E, Najm I, Bingaman WE. Hemispherectomy in adults and adolescents: Seizure and functional outcomes in 47 patients. Epilepsia. 2019 Nov 2. doi: 10.1111/epi.16378

Liu TT, Nestor A, Vida MD, Pyles JA, Patterson C, Yang Y, Yang FN, Freud E, Behrmann M. Successful Reorganization of Category-Selective Visual Cortex following Occipito-temporal Lobectomy in Childhood. Cell Rep. 2018 Jul 31;24(5):1113-1122.e6. doi: 10.1016/j.celrep.2018.06.099

Kim JS, Park EK, Shim KW, Kim DS. Hemispherotomy and Functional Hemispherectomy: Indications and Outcomes. J Epilepsy Res. 2018 Jun 30;8(1):1-5. doi: 10.14581/jer.18001

Ivanova A, Zaidel E, Salamon N, Bookheimer S, Uddin LQ, de Bode S. Intrinsic functional organization of putative language networks in the brain following left cerebral hemispherectomy. Brain Struct Funct. 2017 Nov;222(8):3795-3805. doi: 10.1007/s00429-017-1434-y

Save-Pédebos J, Pinabiaux C, Dorfmuller G, Sorbets SF, Delalande O, Jambaqué I, Bulteau C. The development of pragmatic skills in children after hemispherotomy: Contribution from left and right hemispheres. Epilepsy Behav. 2016 Feb;55:139-45. doi: 10.1016/j.yebeh.2015.12.013

Bulteau C, Grosmaitre C, Save-Pédebos J, Leunen D, Delalande O, Dorfmüller G, Dulac O, Jambaqué I. Language recovery after left hemispherotomy for Rasmussen encephalitis. Epilepsy Behav. 2015 Dec;53:51-7

Grosmaitre C, Jambaqué I, Dorfmuller G, Rodrigo S, Ville D, Delalande O, Bulteau C. Exceptional verbal intelligence after hemispherotomy in a child with Rasmussen encephalitis. Neurocase. 2015;21(2):144-7. doi: 10.1080/13554794.2013.878724

Moosa AN, Jehi L, Marashly A, Cosmo G, Lachhwani D, Wyllie E, Kotagal P, Bingaman W, Gupta A. Long-term functional outcomes and their predictors after hemispherectomy in 115 children. Epilepsia. 2013 Oct;54(10):1771-9. doi: 10.1111/epi.12342.

Ramantani G, Kadish NE, Brandt A, Strobl K, Stathi A, Wiegand G, Schubert-Bast S, Mayer H, Wagner K, Korinthenberg R, Stephani U, van Velthoven V, Zentner J, Schulze-Bonhage A, Bast T. Seizure control and developmental trajectories after hemispherotomy for refractory epilepsy in childhood and adolescence. Epilepsia. 2013 Jun;54(6):1046-55. doi: 10.1111/epi.12140

Devlin AM, Cross JH, Harkness W, Chong WK, Harding B, Vargha-Khadem F, Neville BG. Clinical outcomes of hemispherectomy for epilepsy in childhood and adolescence. Brain. 2003 Mar;126(Pt 3):556-66.

Pulsifer MB, Brandt J, Salorio CF, Vining EP, Carson BS, Freeman JM. The cognitive outcome of hemispherectomy in 71 children. Epilepsia. 2004 Mar;45(3):243-54.

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Le cerveau possède la fascinante capacité de pouvoir parfois fonctionner quasi-normalement alors même qu'il n'en reste que la moitié. Une étude réalisée par imagerie par résonance magnétique (IRM) permet de mieux en comprendre les raisons. Souffrant d'épilepsie rebelle à tout traitement, six individus ont été traités dans leur enfance par ablation de l'hémisphère cérébral à ...

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fichier de molécules à télécharger et à ouvrir avec libmol ou rastop nicotine

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fichier de molécules à télécharger et à ouvrir avec libmol ou rastop nicotine

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quel est le mécanisme expliquant l'accoutumance à certaines drogues?

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quel est le mécanisme expliquant l'accoutumance à certaines drogues?

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- représenter la voie de la commande volontaire depuis le cortex jusqu'au muscle
- que chaque territoire de l'AM1 commande une région du corps de l'autre coté
- que le cerveau est doué de plasticité  (ex à donner)
- que les motoneurones de la MEP sont doués de capacité d'intégration ( sommation spatio temporelle)
- que des substances exogènes peuvent modifier le fonctionnement synaptique de différentes manières

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faut-il autoriser le THC à usage thérapeutique?

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faut-il autoriser le THC à usage thérapeutique?

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explication circuit de la récompense

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Dépendance : qu'est-ce que le circuit de la récompense ?

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Alcool, tabac, cocaïne,... Tous ces produits ont en commun une propriété : ils augmentent la quantité de dopamine disponible dans une zone du cerveau qui gère la notion de plaisir, c'est ce que l'on appelle le circuit de la récompense. Quand ce circuit est déréglé, il génère une dépendance.

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COURS DE TERMINALE SPÉCIALITÉ SVT CHAP.15: CERVEAU, MOUVEMENT VOLONTAIRE ET ACTION DE SUBSTANCES

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Activité 2  : intégration par le motoneurone 

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Activité 2  : intégration par le motoneurone 

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présentation eduanatomist et chemin d'accès aux fichiers

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présentation eduanatomist et chemin d'accès aux fichiers

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le cerveau, un organe fragile à préserver 

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le cerveau, un organe fragile à préserver 

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action de substances exogènes sur le fonctionnement cérébral : chaque binôme travaille sur un atelier et présente à l'oral son travail aux autres

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action de substances exogènes sur le fonctionnement cérébral : chaque binôme travaille sur un atelier et présente à l'oral son travail aux autres

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compte rendu du TP1à compléter et à rendre

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compte rendu du TP1à compléter et à rendre

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TP1 : IRM fonctionnel pour localiser la commande volontaire de la motricité

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TP1 : IRM fonctionnel pour localiser la commande volontaire de la motricité

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zones du cortex impliquées dans la réalisation du mouvement

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zones du cortex impliquées dans la réalisation du mouvement

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An illustration of a naked mole rat, where each body part's size is in relation to how much its brain is devoted to it.

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An illustration of a naked mole rat, where each body part's size is in relation to how much its brain is devoted to it.

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cours chapitre 12

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capsule vidéo commande volontaire

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documents pour faire le QCM rôle intégrateur des motoneurones médullaires

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L’imagerie par résonance magnétique (IRM) fonctionnelle cérébrale (ou IRMf) est une technique d’imagerie cérébrale mesurant in vivo l’activité des aires du cerveau en détectant les changements locaux de flux sanguin. En effet, toute activation neuronale va s’accompagner d’une augmentation locale du flux sanguin afin de couvrir les besoins métaboliques liés à cette activation. 

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L’imagerie par résonance magnétique (IRM) fonctionnelle cérébrale (ou IRMf) est une technique d’imagerie cérébrale mesurant in vivo l’activité des aires du cerveau en détectant les changements locaux de flux sanguin. En effet, toute activation neuronale va s’accompagner d’une augmentation locale du flux sanguin afin de couvrir les besoins métaboliques liés à cette activation. 

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Deux groupes de volontaires voyants sont

entraînés à lire le braille de manière intensive

pendant 5 jours. Un groupe porte en permanence

un bandeau

(jour 1) privant de toute stimulation

visuelle, l'autre non. Le groupe ayant les yeux

bandés apprend beaucoup plus vite le braille que

l'autre.

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L'homoncule moteur désigne l'organisation de la commande motrice des muscles du corps humain à la surface du cerveau.Le gyrus pré-central (ou circonvolution frontale ascendante) du cortex cérébral est peuplé de grands neurones pyramidaux, dits « cellules de Betz » qui sont le point de départ des axones qui constituent la voie pyramidale. Cette partie du cortex est l'aire numéro 4. Tout au long de cette aire, il existe une représentation ressemblant à un corps humain déformé, constitué par le fait que si on stimule électriquement un point de cette surface, cela produit un mouvement dans la partie du corps correspondante. On parle de somatotopie fonctionnelle. Chacune des régions de cette aire 4 représente un territoire corporel et cette région corticale a une surface d'autant plus grande que la partie du corps considérée est plus complexe du point de vue de sa motricité. Par exemple, la surface correspondant à la main est très grande, surtout la surface correspondant au pouce. Cette représentation déformée du corps humain à la surface du cortex moteur s'appelle l'homonculus de Penfield, du nom du neurologue américain Wilder Penfield (1891–1976) qui l'a découverte.

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L'homoncule moteur désigne l'organisation de la commande motrice des muscles du corps humain à la surface du cerveau.Le gyrus pré-central (ou circonvolution frontale ascendante) du cortex cérébral est peuplé de grands neurones pyramidaux, dits « cellules de Betz » qui sont le point de départ des axones qui constituent la voie pyramidale. Cette partie du cortex est l'aire numéro 4. Tout au long de cette aire, il existe une représentation ressemblant à un corps humain déformé, constitué par le fait que si on stimule électriquement un point de cette surface, cela produit un mouvement dans la partie du corps correspondante. On parle de somatotopie fonctionnelle. Chacune des régions de cette aire 4 représente un territoire corporel et cette région corticale a une surface d'autant plus grande que la partie du corps considérée est plus complexe du point de vue de sa motricité. Par exemple, la surface correspondant à la main est très grande, surtout la surface correspondant au pouce. Cette représentation déformée du corps humain à la surface du cortex moteur s'appelle l'homonculus de Penfield, du nom du neurologue américain Wilder Penfield (1891–1976) qui l'a découverte.

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Intégration nerveuse et sommation temporelle.

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sommation dans l'espace et dans le temps des informations arrivant au motoneurone : l'intégration

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sommation dans l'espace et dans le temps des informations arrivant au motoneurone : l'intégration