L’électricité et le cerveau

Partie 1 de 3 : Les ions

La plupart des gens savent que le cerveau utilise l’électricité pour fonctionner. Par contre, ce que la plupart des gens ignorent c’est que l’électricité produite par le cerveau diffère de celle produite par des batteries ou les compagnies qui fournissent votre habitation en électricité. En effet, la source d’électricité dans ces exemples vient de réactions chimiques, de mouvements faites par des ressources naturelles. Cette électricité est alors acheminée pour votre utilisation par transfert d’électrons entre les atomes des métaux qui composent les fils électriques. On peut définir l’électricité comme un mouvement de charge entre une différence de potentiel ou un voltage. Or, le cerveau utilise un système légèrement différent pour générer et propager l’électricité. Quelques concepts de base sont toutefois requis avant de pouvoir comprendre comment les cellules du cerveau (les neurones) génèrent l’électricité dans leur corps cellulaire et le propagent le long de leur axone (Figure 1).

Toute matière peut être divisé en élément de base appelé atome. Le calcium, le sodium, le potassium et le chlore sont des exemples d’atome. Le sel de table contient principalement du chlorure de sodium, soit un atome de sodium (Na) et un atome de chlore (Cl). Pour que les deux atomes se tiennent un a l’autre, chacun porte une charge (le sodium a une charge positive et le chlore a une charge négative). Ainsi, puisque chaque atome a une charge opposée de l’autre, ils s’attirent, un peu comme le ferait les pôles de deux aimants. Par contre, les forces qui attirent ces deux atomes sont faibles de sorte que lorsqu’on met ce sel dans un aquarium rempli d’eau (Figure 2), les atomes se dissocient pour former des ions, soit du sodium chargé positivement (Na+) et du chlore chargé négativement (Cl-). Les atomes diffuseront alors de manière à être uniformément répartis dans l’aquarium. Il faut par contre noter que même si les atomes du sel sont dissociés et qu’ils portent des charges, l’aquarium est électriquement neutre (autant de charge positive que de charge négative).

L’ajout d’autres constituants spécifique dans cet aquarium (du chlorure de potassium (K+ et Cl-), du chlorure de magnésium (Mg2+ et 2Cl-), du glucose (sucre), du chlorure de calcium (2Cl- et Ca2+), du bicarbonate de sodium (Na+ et HOCOO-), des protéines et de l’oxygène) résultera en une répartition uniforme de ces constituants dans l’aquarium. Nous obtenons alors un liquide qui ressemble grossièrement au liquide dans lequel baigne les neurones (liquide céphalo-rachidien).

Eric Trudel

La génération de neurones pour une nouvelle cible thérapeutique

Dans l'espace compris entre vos deux oreilles, un morceau de tissu d'environ 1,4Kg (principalement composé d'eau) contient tout ce qui est nécessaire pour composer votre personnalité. Votre cerveau est responsable de tous vos souvenirs, vos émotions, vos actions, vos joies, vos peines et vos ambitions. Une meilleure compréhension du cerveau humain et de son fonctionnement offrirait par conséquent la possibilité de diminuer la souffrance chez les patients atteints de maladies psychiatriques à l’aide de traitements spécifiques. Éventuellement, ces traitements permettraient d’obtenir un plus grand potentiel de bonheur et de jouissance dans la vie de ces patients. Toutefois, les troubles psychiatriques sont des maladies complexes parce qu’ils détiennent souvent plusieurs théories quant à leur cause ou leur origine.

La dépression est un bon exemple où il y a plusieurs hypothèses pour tenter d'expliquer cet état débilitant qui touche plus de 120 millions de personnes à travers le monde. Une des théories les plus connues est la « théorie monoaminergique » de la dépression, qui se concentre sur des défauts avec les neurotransmetteurs (substances chimiques que les cellules du cerveau (neurones) utilisent pour communiquer), comme la sérotonine. Toutefois, dans cet article, une théorie plus récente, la «théorie neurogène» de la dépression, sera abordée.

Jusqu'à tout récemment, on croyait que le cerveau cessait de produire de nouveaux neurones après le développement. Il y a environ un siècle, le célèbre neuroscientifique Santiago Ramon y Cajal dit : "Dans le système nerveux central de l’adulte, les voies nerveuses sont quelque chose de fixe et immuable ; tout peut mourir, rien ne peut être régénéré ". Toutefois, la création de nouveaux neurones dans le cerveau des adultes est possible et ce processus est connu sous le nom de neurogenèse.

Il faut toutefois noter que certains aspects de la neurogenèse demeurent mystérieux. En effet, il semble n’y avoir que deux zones clairement identifiées dans le cerveau où la neurogenèse est possible, soit le bulbe olfactif et le gyrus dentelé de l'hippocampe. De nouvelles recherches ont démontré que d’autres parties du cerveau pourraient également être neurogénique, mais, même dans ces régions, le nombre de nouveaux neurones semble être limité. Cela soulève donc certaines questions: pourquoi seulement ces quelques régions en particulier et pas d'autres? Également, quelle est la fonction de ces nouvelles cellules?

Bien que la neurogenèse chez l’adulte soit une découverte assez récente et soit un sujet d’actualité en neurosciences, nous n’avons que des réponses préliminaires aux questions élaboré ci-dessus. D'une part, ces nouveaux neurones sont immatures et ils semblent avoir plus de plasticité (changement des contacts ou des propriétés internes du neurone) avec d'autres cellules. Quelques indications nous laissent percevoir quelques indices quant à leur fonction, en particulier avec la neurogenèse dans l’hippocampe, qui est impliqués dans l'apprentissage, dans la mémoire et qui est associé au fonctionnement émotionnel.

Cela nous ramène à la théorie neurogène de la dépression qui s’énonce comme suit : s’il y a une diminution du taux de production de nouveaux neurones, les symptômes de la dépression peuvent apparaître ou augmenter en sévérité, alors que l'augmentation du taux de la neurogenèse dans l’hippocampe adulte peut réduire la gravité ou l'apparition des symptômes de la dépression. Bien que cette théorie soit relativement récente, il y a plusieurs arguments en faveur de celle-ci. D'une part, les facteurs qui semblent aggraver la dépression (le stress), diminuent également la neurogenèse dans l’hippocampe. À l’inverse, les facteurs qui ont permis d'améliorer les symptômes de la dépression (médicaments antidépresseurs, traitement par électrochocs), augmentent la neurogenèse dans l’hippocampe. D’ailleurs, une diminution du volume de l’hippocampe a également été démontrée chez les patients atteints de dépression. De plus, le délai entre le début du traitement avec des médicaments antidépresseurs et l'amélioration des symptômes de la dépression (environ quatre à six semaines) reflète de près le temps nécessaire pour que les neurones stimulés par ce médicament se développent en neurones fonctionnels. Et enfin, des expériences faites auprès de modèles animaux ont montré que les facteurs qui facilitent la neurogenèse induit des comportements antidépresseur chez ses animaux.

Ainsi, la théorie neurogénique de la dépression, même si cela reste une idée relativement nouvelle, offre un aperçu intéressant sur la dépression, sur d’autres troubles psychiatriques, ainsi que sur les traitements possibles. Si l'augmentation du taux de la neurogenèse peut améliorer la dépression et ses symptômes, alors nous pouvons potentiellement développer de nouveaux médicaments et traitements visant spécifiquement à accroître la neurogenèse chez l’adulte.

Il est important de garder à l'esprit que beaucoup de théories scientifiques qui ont été mise au point concernant les troubles psychiatriques sont préliminaires. Beaucoup de recherches importantes sont encore nécessaires avant que nous puissions définitivement répondre aux besoins des patients et de leurs familles. Toutefois, il faut noter que nous nous rapprochons constamment de ces réponses et que cela permet d’offrir de l'espoir à ceux qui en cherchent.

la maladie de Parkinson: Vers l’établissement d’un remède

La série sera divisé en trois parties :
Partie 1: Notions de base
Partie 2: Les traitements actuels
Partie 3: Vers l’établissement d’un remède

Voici la partie 1: Notions de base

James Parkinson est un chirurgien-apothicaire britannique surtout connu pour son rapport médical intitulé «An Essay on the Shaking Palsy», publié en 1817. Ce rapport est une description détaillée du désordre qui serait un jour connu comme la maladie de Parkinson. Cette maladie comporte une variété de symptômes, avec certains symptômes que nous commençons à comprendre, alors que d’autres sont mieux connus, comme les effets sur le mouvement. Les symptômes typiques comprennent le tremblement des membres et la difficulté d'effectuer des mouvements, en particulier ceux qui sont complexes, comme prendre une tasse et la porter à ses lèvres. Il n'existe actuellement aucun remède pour la maladie de Parkinson, mais il y a un certain nombre de traitements qui peuvent soulager temporairement les symptômes. Ces traitements seront examinées en détail dans la partie 2.

Malgré le fait que la maladie de Parkinson est essentiellement un trouble du mouvement, les muscles eux-mêmes sont généralement en bonne santé. En fait, c’est une partie du cerveau impliquée dans la coordination des mouvements qui est touchée par la maladie. Cette partie du cerveau s’appelle substantia nigra, ce qui signifie substance noire. Ce nom reflète la couleur foncée caractéristique de cette région par rapport aux régions avoisinantes du cerveau. La substantia nigra est situé près du centre du cerveau et contient des neurones (i.e. les neurones sont les cellules du cerveau) qui sécrètent une substance chimique appelée la dopamine. La dopamine est un type de neurotransmetteur ; une classe de produits chimiques que les neurones relâchent pour communiquer les uns avec les autres.

La dopamine est connue pour son rôle dans le système de récompense du cerveau, dans lequel il est utilisé pour fournir des sentiments de plaisir en réponse à des choses comme la nourriture, le sexe et certaines substances. Toutefois, la dopamine libérée par la substantia nigra joue également un rôle essentiel dans la modulation de l'activité du striatum, une région du cerveau essentielle à la planification et la coordination des mouvements. Le striatum est à l'origine de deux voies nerveuses qui exercent des effets opposés sur le mouvement. La première voie nerveuse est la voie dite directe, qui facilite et renforce les mouvements intentionnels. La seconde voie nerveuse est la voie indirecte, qui est responsable d’éliminer les mouvements indésirables ou inappropriés. La dopamine libérée par la substantia nigra permet de maintenir un équilibre entre ces deux voies en augmentant l'activité de la voie directe et en diminuant l'activité de la voie indirecte.

Dans la maladie de Parkinson, la mort des neurones contenant la dopamine cause un déséquilibre entre la voie directe et indirecte. Le résultat est un surplus d'activité de la voie indirecte (voie d'inhibition du mouvement) et un manque d’activité dans la voie directe (voie facilitant le mouvement). Conséquemment, les mouvements et les déplacements du patient deviennent extrêmement difficiles. La raison pour laquelle les neurones de la substantia nigra meurent au cours de la maladie de Parkinson demeure inconnue, et ce, même si la recherche effectuée au cours des dernières décennies a grandement augmenté les connaissances dans le domaine, comme nous le verrons dans la troisième partie. La découverte des raisons pour lesquelles ces neurones meurent constitue la première étape pour empêcher la progression de la maladie, menant ainsi à un meilleur traitement, et possiblement un remède.

Blog du Semaine Cerveau en Tête Montréal

Bonjour!

Merci d’avoir cliqué sur le lien « Blog » du site Semaine Cerveau en Tête Montréal! Ce « Blog » traitera des plus récentes recherches dans le domaine des neurosciences, écrit dans un langage simplifié pour un publique général. Plusieurs étudiants répartis à Montréal écriront des textes sur leurs recherches et des sujets connexes tout au long de l'année. Le premier texte sera disponible bientôt sur ce « Blog ». À bientôt !