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BIOLOGIE

 

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CERVEAUX

 

Glossaire

Général

 

 

INDEX

 

Biologie

Cerveau

Neurones

 

Sommaire de cette page

>>> Description

>>> Neurones – spikes

>>> Neurones – énergie

>>> Cerveau – stimuli

>>> Synapses

>>> Imagerie du cerveau

 

 

 

 

Dans une tête d'épingle, il y a un milliard de connexions neuronales.

Claude Allègre – La science est un défi du XXIe siècle – Plon – 2009 – page 204

 

 

NEURONE

Un neurone

Cellule neuronale

Source image: Science et Vie Septembre 2015 – Page 125

Quelques dizaines de neurones

Source image: La Recherche Mai 2015 – Page 30

Et aussi: Artificial intelligence project could yield clues about autism (04/2016)

 

 

Description

 

*  Le cerveau est composé

*       de 100 milliards de neurones qui communiquent entre eux par des messagers chimiques, des médiateurs;

*       des centaines de milliards de cellules gliales qui jouent un rôle crucial dans la connectique du cerveau;

*       dix à cent mille milliards de connexions synaptiques.
 

*  Le corps du neurone mesure de 5 à 120 µm. La taille d'un neurone (ou plutôt d'un axone) varie d'une fraction de micron à deux mètres (du cerveau à l'orteil).

 

English

A Golgi I or Golgi type I neuron is a neuron which has a long axon that begins in the grey matter of the central nervous system and may extend from there to the tip of the toe. Golgi II neurons, in contrast, are defined as having short axons or no axon at all.

 

*  La tige du neurone est l'axone et les ramifications en épi qui en émergent sont les dendrites. Il y en a 7000 en moyenne par neurone.

*  Les synapses sont les zones de contact entre neurones ou neurones cellule.
Une synapse peut être chimique – le signal est transmis via une action chimique – ou électrique. Intervalle de contact de 10 à 40 nm pour les chimiques et environ 2 nm pour les électriques. Il y en a de 1 000 à 10 000 par neurones.

*    Plus de la moitié des neurones disparaisses entre zéro et deux ans. Des milliards de neurones meurent (apoptose). Ceux qui restent deviennent plus riches en synapses et rendent le cerveau plus efficace. La mémoire est faite d'empreintes au niveau de ces synapses.
 

 

 

NEURONES – SPIKES

 

 Neurone

 

*         C'est une cellule avec des dendrites et un long câble de sortie, l'axone, terminé par des synapses.
Synapses et dendrites assurent la liaison entre les neurones.
Le neurone intègre de nombreuses informations (des milliers) avant de " prendre une décision " et émettre un spike dans son axone.

 

Spike

 

*         Le spike est l'impulsion de courant électrique se propageant dans l'axone d'un neurone. On pensait, au XIXe siècle, qu'il se propageait à la vitesse de la lumière. Alors qu' Helmholtz la mesura à environ 100 m/s (1/3 de la vitesse du son dans l'air).

 

*         Des spikes sont néanmoins émis au repos pour garder les neurones en alerte.

Le rythme est lent et irrégulier (1 à 5 Hz).

Lorsque le neurone est excité par de nombreux signaux arrivant par ses dendrites, le rythme s'accélère et passe à 50-100 Hz et peut même atteindre brièvement 500 Hz.

 

*         La décharge électrique en bout de synapse provoque l'émission de corps chimiques (vésicules) qui ouvrent le passage d'ions à travers des membranes de la dendrite réceptrice et chargent ainsi le potentiel au départ du neurone recevant le message.

 

Chiffres

 

Cellule

diamètre

20 microns

Dendrite

longueur

quelques 100 microns

Axone

longueur

jusqu'à 1 m (colonne vertébrale)

 

diamètre

0,1 à 1 micron

Synapse

nombre

de 500 à 20 000 par neurone

 

100 m / s

Vitesse de propagation des spikes dans un neurone

300 m / s

Vitesse du son dans l'air

300 000 000 m / s

Vitesse de la lumière

 

 

 

 

 

NEURONES - Énergie

 

25 watts

 

*       Activité équivalente des neurones de l'homme.
Certains estiment que le rendement actuellement faible (environ 2%) pourrait s'améliorer avec les générations.

 

Pas si évident car

 

*       Se pose la question critique de l'approvisionnement du cerveau en énergie qui mobilise déjà actuellement le tiers de l'énergie consommée par l'organisme humain.

*       Un minimum d'espace est nécessaire à la sécurité et à la pérennité des aires cérébrales et des circuits neuronaux associés.

 

 

 

                                                                                                                                          Octobre 1999

 CERVEAU - Stimuli

 

*       300 ms = réponse P300 du cerveau.

 

Enregistrement de la réponse du cerveau à certains stimuli:

*       On trouve une pointe à 300 millisecondes après l'émission du stimulus - appelée P300.

*       Il en existe une plus petite à 200 ms.

*       Pointe liée à un événement surprenant qui éveille l'attention, signal destiné aux parties hautes du cerveau demandant que l'information soit mémorisée d'une façon ou d'une autre.

 

 

 

SYNAPSES & NEURONES

 

Le cerveau humain comporte

 

Nombre de synapses

1014 à 1016

Nombre de neurones

100 milliards

1011 estimation en cours en 2010.

(1010 estimation des années 80)

Nombre de synapses par neurone

jusqu'à 20 000 (2 104)

Nombre de cellules dans le cerveau humain

300 milliards

Nombre de neurone chez la pieuvre

300 millions

Voir Grands nombres

 

*    En francs, le nombre de synapses représente le montant de la richesse mondiale.

 

Le tissu nerveux forme un réseau extraordinairement complexe avec

 

3 10 10

1 10 11

4 10 11

30 milliards minimum

100 milliards typique

400 milliards selon certains spécialistes

de neurones 

1 10 14

1 10 18

jusqu'à

1 milliard de milliards

de connexions possibles

6 10  8

600 millions

de synapses par mm3

 

 

 

 

 

 

146 000 neurones par mm² de surface cérébrale 

 

 

Rat

Chimpanzé

Homme

Surface

4,5 cm²

4,9 dm²

22 dm²

Neurones

65 millions

5 à 7 milliards

32 milliards

à

400 milliards

Augmentation de la taille

du cerveau de la naissance

à la puberté

 

x 1,6

x 4

  

 

 

 

Formation

 

*    A la naissance,

toutes les cellules nerveuses sont en place dans un cerveau de 350 grammes.

 

*    La phase suivante,

pour atteindre 1400 grammes à la puberté,

consiste à enrober les cellules d'une couche de protection graisseuse: la myéline.

 

*    En 9 mois (400 000 minutes),

le futur bébé fabrique en moyenne 500 000 neurones* par minute.

 

*    Après la puberté,

on perd 50 000 neurones* par jour.

Mais, ça ne représente qu'un milliard de neurones* en 60 ans.

 

 * neurones n'est peut-être pas le bon mot; l'auteur ne voulait pas dire synapses sans doute. Voir la précision ci-dessous.

 

 

 

Précision

*    Les neurones (cellules nerveuses) sont pratiquement tous là à la naissance.

 

*    Par contre, la quantité de synapses varie considérablement dans une vie

La moyenne de synapses après la naissance est d’approximativement  50 Téra (5 1013 ).

Ce qui fait à peu près 500 synapses par neurone.

La quantité augmente jusqu'à l'âge de 5 ans pour atteindre 1000 Téra (1015).

 

*    Adulte, la quantité redescend à 500 Téra (5 1014).

 

 

 

 

Comparaison

 

*    Richesse d'un réseau défiant l'imagination.

 

Cerveau

Équivalent Planète

*       Nombre de neurones dans notre cerveau (1011 ).

*       Soit: 20 fois la population de la planète.

*       Chacun d'entre eux est ramifié aux autres par des synapses: jusqu'à 20 000 connexions par neurone.

*       Chaque individu relié à tous les habitants d'une ville moyenne de 20 000 personnes.

*       Nombre typique de synapses 1015

*       En francs, correspondrait à 20 millions de francs par français, ou

*       160 000 F / habitant de la planète.

 

 

  

Connaissances à la naissance

 

Nombre de gènes:

10  5

Nombre de bits dans le génome humain:

1011

Nombre de synapses:

1014

 

 

*    Il parait difficile d'imaginer que les gènes puissent spécifier à la naissance le type de renseignement à inclure dans chaque connexion neuronale que constitue les synapses.

 

*    Les chercheurs pensent que les connexions sont établies initialement au hasard, tout au moins pour une grande part. Elles acquièrent une spécificité par l'usage.

 

*    Cette phase de structuration commence très probablement dès avant la naissance et se poursuit tout au long de la vie.

 

 

 

 

Historique

 

Vers 1700

*    La fibre nerveuse est connue depuis le début du microscope.

À partir de 1870

*    Organisation du tissu nerveux selon 2 conceptions:

*    les cellules nerveuses forment un réseau continu comme le système sanguin (réticularistes).

*    les neurones sont des unités indépendantes en contiguïté les unes avec les autres (neuronistes).

1950

*    Découverte du microscope électronique qui donne raison aux neuronistes.

 

 

 

 

Expérience de Penfield

 

*    Une fillette sujette à des crises d'épilepsie à été opérée par Wilder Penfield.

*    Une électrode plantée à un endroit précis du cerveau faisait revivre les cauchemars de la fillette. Elle s'est mise à revivre la même scène de terreur que celle qui était à l'origine de ses crises, vécue à l'âge de sept ans.

*    Penfield repéra ainsi les endroits du cortex cérébral associés au souvenir.

Expériences menées dans les années 30 au Montréal Neurological Institute.

 

 

 

 

Imagerie du cerveau

 

*    En 2010, l'imagerie cérébrale détaille les régions essentielles du cerveau au millimètre près.

*    Un vaste travail auprès de 1200 adultes prévoit de cartographier le cerveau au niveau du millimètre cube; sorte de pixels en 3D, baptisé voxels.

 

 

 

 

 

 

Suite

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