Tête, épaules, genoux, orteils ... (Partie I)

Partie 1:

Si vous étiez pour découvrir que vous perdrez l'usage de vos bras et de vos jambes au cours des deux prochaines années, que feriez-vous?

La sclérose latérale amyotrophique (SLA), plus communément appelée maladie de Lou Gehrig, est une maladie neurodégénérative commune qui se caractérise par la mort des neurones moteurs. Comme les fils électriques, les neurones moteurs sont des cellules situées dans le cerveau et la moelle épinière qui envoient de longues projections jusqu’à vos muscles afin d’en contrôler leur contraction. Si ces neurones ou leurs projections sont endommagés, les muscles de votre corps ne pourraient pas se contracter lorsque vous voudrez effectuer une action. Ainsi, ceux qui sont diagnostiqués avec la SLA et qui ont une atteinte aux neurones moteurs, subissent une paralysie progressive et perdent graduellement l'usage de leur corps. Chaque année, une personne sur 100.000 sera touchée par la SLA. Ils perdront lentement leur indépendance, étant éventuellement incapable de marcher, de parler, ou même d’exprimer leurs émotions à travers l'expression du visage, tout en étant pleinement conscient de leur environnement. Ils seront pris au piège dans un corps qui ne pourra pas les écouter. Finalement, dans les 2 à 5 ans après le diagnostic de la maladie, les patients meurent d'insuffisance respiratoire parce que les neurones moteurs contrôlant les muscles respiratoires finiront par mourir. Habituellement, le début de la SLA est compris entre l’âge de 40 et 70 ans, mais cette maladie dévastatrice peut affecter n'importe qui et à n’importe quel moment. D’ailleurs, quelques personnes souffrant de la SLA ont présenté des symptômes en début vingtaine (Stephen Hawking). Cette maladie est 20% plus fréquente chez les jeunes hommes que chez les jeunes femmes, mais l'incidence s’égalise entre les hommes et les femmes avec l'âge.

Même si la SLA est considérée comme une maladie multifactorielle, la cause de cette maladie est toujours peu connue. Ainsi, pour en comprendre d’avantage sur la maladie, des études dans plusieurs disciplines sont effectuées (inflammation, excitotoxicité et communication cellulaire). Alors que seulement 10% des cas de SLA sont familiaux, ce qui signifie que la cause peut être liée à des anomalies dans vos gènes, 90% des cas sont sporadiques. Il y a toutefois un bon côté à cette question. Quand on observe le tissu nerveux prélevé sur des patients atteint de SLA, la caractéristique commune que nous retrouvons dans tous les cas de SLA, est la présence d'amas de protéines appelées agrégats. En étudiant les cas familiaux et les gènes impliqués dans la SLA, nous pouvons générer des modèles qui nous permettent d'étudier les mécanismes à l'origine de la SLA afin de nous aider à comprendre ce qui rend les neurones moteurs particulièrement vulnérables aux agrégats de protéines.

Dans les cellules normales, les protéines sont comme un ruban qui doit être plié correctement pour fonctionner. Lorsque ces protéines sont mal repliées dû à un stress cellulaire ou dans le cadre d'une maladie, ils ont tendance à se coller les unes aux autres pour former des amas ou des agrégats dans la cellule. Ces agrégats interfèrent avec le fonctionnement normale d’une cellule et, s'ils ne sont pas pris en charge, conduiront à la mort de la cellule. À savoir si la formation des agrégats de protéines se produit au début ou à la fin de la SLA demeure un mystère. Par contre, il est clair que les agrégats ont un effet néfaste sur les neurones moteurs. Beaucoup de recherche sur la SLA essaie donc de comprendre le rôle de ces agrégats dans la SLA.

Dans le prochain segment à paraître bientôt, nous allons discuter de la recherche actuelle, qui explore les réponses de la cellule à ces agrégats et les explications possibles pour lesquelles les neurones moteurs sont atteints par les agrégats de protéines dans la SLA.

Restez attentif pour la suite !

Michael Tibshirani

McGill University

Loin des yeux, loin du cortex ; ce que la cécité corticale révèle sur la conscience.

D’une certaine façon, tout le monde sait que nos pensées sont liées à notre cerveau. Nous disons des choses comme "Faites travailler vos méninges!" pour encourager les gens à réfléchir, ou encore, "Creusez-vous la tête?" dans le but de faire réfléchir un ami. Pendant que nous tenons pour acquis que nos pensées - notre conscience - est un produit de notre cerveau, des siècles de preuves scientifiques ont été recueillis avant que cette idée ait fait son chemin dans notre langage quotidien. L'une des manifestations les plus fascinantes du principe que notre cerveau génère notre expérience consciente vient des frontières de la neuropsychologie, avec un curieux syndrome appelé la vision aveugle (blindsight).

La vision aveugle est un phénomène étrange - un oxymore! Assurément, il ne peut y avoir une telle chose comme la vision aveugle. Comment un individu peut-il voir et être aveugle en même temps?

Fait remarquable, un tel phénomène existe chez des personnes qui sont corticalement aveugles. Cette forme de cécité survient lorsqu'il y a des lésions tissulaires dans la zone principale visuelle du cerveau (le cortex visuel primaire ou l’aire V1). L’aire V1 est située complètement vers l'arrière du cerveau et c’est l’endroit de prédilection pour la vision. Alors que nos yeux reçoivent des signaux lumineux du monde qui nous entoure, l’aire V1 interprète ces signaux pour produire ce que nous ressentons comme la vision. Les personnes atteintes de cécité corticale ont un fonctionnement normal des yeux, mais leur aire V1 est endommagée. Depuis maintenant un siècle, les médecins connaissent la cécité corticale, mais ils ont supposé que c’était dû à la même incapacité visuelle comme la cécité ordinaire - l'incapacité à voir. Toutefois, il y a environ 35 ans, on a découvert que le cortex des patients aveugles est capables de faire des choses que les personnes aveugles ne peuvent pas faire habituellement. Dans les années 1970, des études soigneusement conçues ont révélé que le cortex des patients aveugles est en mesure d'indiquer l'emplacement d'objets et de distinguer différentes formes, tout en prétendant qu'ils ne pouvaient pas voir les objets qu'ils ont localisé ou les formes qu'ils ont discriminé ! À l'époque, la découverte a transformé la façon dont les scientifiques interprétaient la vision et a généré beaucoup de spéculations sur la nature de la conscience.

Pourquoi la conscience?

La vision aveugle nous dit quelque chose sur la conscience parce que le syndrome a révélé que les patients corticalement aveugles ne sont pas vraiment aveugles, ils ne sont simplement pas conscients de ce qu'ils voient.

Nous savons maintenant que la vision est le produit de l'effort concerté de nombreux réseaux cérébraux différents, chacun spécialisé dans un aspect particulier de notre expérience visuelle. Comme une machine, le cerveau a de nombreux fils différents qui relient les différentes régions du cerveau. Ces fils – les cellules du cerveau qu’on appelle les neurones - transmettent l’information qui régie nos états mentaux et nos comportements. Dans l’aire V1, certains de ces réseaux sont spécialisés dans la reconnaissance des visages, d'autres se spécialisent dans la reconnaissance des couleurs et d'autres servent à interpréter les lignes et les courbes qui forment les objets familiers.

À un niveau plus fondamental, les voies visuelles du cerveau se composent de deux réseaux principaux: une voie qui relie nos yeux à l’aire V1 et une deuxième voie qui relie nos yeux à une région du cerveau qui contrôle notre capacité à se déplacer. La première voie est fondamentale pour notre expérience visuelle et nous permet de voir la grande richesse de détails dans notre environnement. La deuxième voie est plus primitive et nous permet de répondre par réflexe à des mouvements brusques avant même que nous sommes pleinement conscients de ce que nous avons vu. Cette seconde voie contourne complètement l’aire V1 et elle a un rôle moteur plutôt qu'un rôle visuel. Il vous permet de réagir en réponse à quelque chose qui se dirige dans votre direction, même si vous n'êtes pas au courant du projectile. Il aide également à diriger votre regard vers quelque chose d'important, comme une voiture en mouvement.

Avec la vision aveugle, la voie responsable de l'expérience visuelle est endommagée, mais la deuxième voie qui coordonne le mouvement en réponse aux objets de notre environnement demeure intacte. Ainsi, les personnes atteintes de vision aveugle ne peuvent pas voir, mais ils peuvent avoir un réflexe suite à un mouvement brusque. La capacité de ces personnes à détecter l'emplacement des objets est due à la voie motrice, et ce, même si nos voies visuelles sont perturbées.

La vision aveugle fournit la preuve que le cerveau est responsable de notre conscience parce que les dommages aux tissus du cerveau de l’aire V1 diminuent la perception visuelle. Les personnes atteintes de vision aveugle peuvent encore gérer ce qu'ils voient de façon importante - ils peuvent identifier l'emplacement des objets, éviter les obstacles sur leur chemin et diriger leur regard vers des objets en mouvement. Ce qui leur manque, c'est la conscience des objets qu'ils localisent et des obstacles qu’ils évitent - c'est leur conscience visuelle qui est compromise suite à la destruction de l’aire V1. Si ces lésions cérébrales de l’aire V1 détruit la conscience visuelle, alors l’aire V1 doit être cruciale pour une telle conscience.

Levi Riven

L’électricité et le cerveau

Partie 3 de 3 : Le courant électrique qui forme le potentiel d’action

Le voltage négatif du neurone attire les charges positives à l’extérieur, mais elles ne peuvent rentrer parce que la membrane neuronale l’en empêche. C’est alors qu’intervient un autre groupe de protéines qui sont sensibles au voltage du neurone (canaux ioniques voltage dépendant). Ces protéines, spécifiques pour un seul atome, ont une structure qui ressemble à un tube avec une porte qui peut s’ouvrir si un certain potentiel est atteint. Ainsi, lorsqu’un neurone reçoit un stimulus (des 5 sens ou d’un autre neurone), il y a une fluctuation du potentiel de repos du neurone (Figure 4). Si un potentiel spécifique est atteint, les portes des protéines voltage dépendant s’ouvrent et laissent passer les charges positives. Ce mouvement de charges est un courant électrique que l’on peut mesurer en ampère, habituellement de l’ordre du picoampère (10^-12 ampère).

Lorsqu’on pense à l’électricité du cerveau, il y a deux canaux voltage dépendant très important : les canaux sodiques (Na+) et les canaux potassiques (K+). Lorsque le neurone est dépolarisé de façon à atteindre un certain potentiel (potentiel seuil), ces deux canaux s’ouvrent et laisse passer leurs atomes (ions) spécifiques (Figure 4). Il faut noter que les canaux sodiques ont une cinétique plus rapide (s’ouvrent plus rapidement) que les canaux potassiques ; ils s’ouvriront donc en premier, le sodium entrera rapidement dans le neurone et il y a alors une augmentation de charges positives à l’intérieur du neurone, jusqu’à ce que les canaux sodiques se ferment. À ce moment, le voltage dans le neurone s’élève jusqu’à environ +40 millivolt (mV). C’est alors qu’entre en jeu les canaux potassiques. Ils permettront aux ions potassiques de sortir du neurone pour ainsi éliminer des charges positives de l’intérieur du neurone et permettre au neurone de rétablir un voltage négatif. Cette séquence d’ouverture et de fermeture très rapide s’appelle le potentiel d’action. Ce potentiel d’action se développera dans le corps cellulaire du neurone et se propagera le long de l’axone, un peu comme une vague dans l’eau, jusqu’à ce qu’il en atteigne l’extrémité où il pourra communiquer avec un autre neurone, permettre la contraction musculaire, permettre la libération d’hormones, etc.

Eric Trudel

Université McGill

L’électricité et le cerveau

Partie 2 de 3 : La membrane neuronale et l’établissement du voltage du neurone

Les « murs » des neurones (membrane neuronale) sont composés de gras spéciaux qui séparent totalement l’intérieur du neurone de l’extérieur. Si nous prenons ces gras spéciaux et que nous les plaçons dans l’aquarium mentionné ci-dessus, ils formeront spontanément une sphère avec une répartition uniforme des minéraux (ceux préalablement dissout dans l’aquarium à la partie 1) à l’intérieur et à l’extérieur de la sphère (électriquement neutre). Nous avons alors l’ébauche d’un neurone.

La membrane neuronale contient plusieurs protéines qui différencient les neurones de toutes les autres cellules. Un groupe en particulier, qu’on nomme les pompes ou les échangeurs, s’occupe de transférer un ou plusieurs atomes de l’autre côté de la membrane (Figure 3). Par conséquent, si nous introduisons ce groupe de protéines dans la membrane de l’exemple de l’aquarium ci-dessus, un groupe de protéines se chargera d’éliminer les atomes de sodium de l’intérieur du neurone, un autre groupe se chargera de concentrer les atomes de potassium à l’intérieur du neurone, etc (Tableau 1). Le résultat net sera une diminution de plusieurs charges positives (Na+, Ca2+) à l’intérieur du neurone et l’intérieur sera chargé négativement formant ainsi d’une différence de potentiel (environ -60 millivolt) ; c’est ce qu’on appelle le potentiel de repos.

Eric Trudel

Université McGill

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