Fiche de révision : Introduction aux neurosciences et psychologie

📋 Plan du Cours

1. Lien entre psychologie et neurosciences dans l'étude du comportement
2. Historique des conceptions du cerveau de la préhistoire à la Renaissance
3. Techniques in vitro d'exploration anatomique : microscopie, histologie et cytologie
4. Méthodes chimiques et biochimiques en histologie : cytochimie, autoradiographie et immunohistochimie
5. Exploration anatomique cérébrale par radiographie, angiographie et tomodensitométrie
6. Imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) : principes physiques et acquisition d'images
7. Analyse des signaux EEG : fréquence, amplitude et rythmes cérébraux

📖 1. Lien entre psychologie et neurosciences dans l'étude du comportement

🔑 Notions clés & Définitions

• Psychologie : Discipline scientifique qui étudie le comportement et les processus mentaux, qu’ils soient normaux ou pathologiques.
• Substrat neuronal : Support matériel constitué par la structure et l’activité des neurones, sur lequel reposent toutes les fonctions cérébrales.

📝 Points essentiels

• Toutes les fonctions cérébrales sont ancrées dans un substrat neuronal, justifiant l’association croissante entre psychologie et neurosciences.
• Les neurosciences permettent de comprendre la construction, le fonctionnement et la gestion des comportements par le système nerveux.
• L’approche neuroscientifique intègre des disciplines variées telles que la biologie, la physiologie, la physique, la chimie, les mathématiques, l’informatique et la psychologie.
• Le glissement paradigmatique a mené à une prise en compte des contraintes matérielles du cerveau dans les modèles explicatifs du comportement.
• Cette approche-là s’appuie sur des disciplines scientifiques très diverses (comme la biologie, la physiologie, la physique, la chimie, les mathématiques, l’informatique et la psychologie) Principales disciplines reconnues par les sociétés de neurosciences Neuroéconomie, neuromarketing, neuro - éthique, neurodroit, neuroéducation… 1 Les neurosciences s’intéressent à tous les niveaux d’organisation des êtres vivants (moléculaire, cellulaire, tissulaire, organique, groupe d’individu), il existe une multitude de techniques et méthodes d’investigation et d’analyse très diverses Afin d’essayer de les lier il est nécessaire de décortiquer les fonctions cognitives, connaître l’architecture et le fonctionnement du cerveau pour les mélanger et sortir des modèles contraint par les modalités du cerveau pour ajouter en plus les neurotransmetteurs, neuromédiateurs… II - Etudier le cerveau ?
• On fait donc appel aux neurosciences pour l’interpréter qui permettent de comprendre comment le système nerveux se construit, fonctionne et gère les comportements individuels et collectifs (faire le lien entre le cerveau et les comportements).

💡 À retenir

Toutes les fonctions cérébrales sont ancrées dans un substrat neuronal, justifiant l’association croissante entre psychologie et neurosciences.

📖 2. Historique des conceptions du cerveau de la préhistoire à la Renaissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Papyrus Edwin Smith : Un traité chirurgical datant du XVIIe siècle av. JC, reconnu comme la première référence écrite mentionnant le cerveau et ses circonvolutions.
• Encéphalo centrisme : Une conception attribuée à Alcméon de Crotone au VIe siècle av. JC, qui identifie le cerveau comme le siège de la pensée et le réceptacle des sensations.
• Traitement parallèle distribué : Un modèle selon lequel les fonctions cognitives complexes ne sont pas localisées dans une seule région cérébrale, mais impliquent des réseaux interdépendants répartis dans le cerveau.
• Fonction de réponse hémodynamique : Un phénomène observé en imagerie par résonance magnétique nucléaire où le signal dans une région cérébrale activée présente un pic négatif suivi d'une stabilisation vers le niveau de base environ 25 à 30 secondes après la stimulation.

📝 Points essentiels

• Les premières trépanations préhistoriques datent de plus de 10 000 ans, leur fonction restant incertaine, pouvant être rituelle ou thérapeutique.
• Alcméon de Crotone, au VIe siècle av. JC, est le premier occidental à considérer le cerveau comme siège de la pensée, introduisant l’encéphalo centrisme.
• Aristote, au IVe siècle av. JC, défendait le cardiocentrisme, plaçant le cœur comme siège de la pensée, le cerveau étant considéré comme un radiateur.
• Au XVIe siècle, André Vésale dissèque et publie 'De humani fabrica', corrigeant de nombreuses erreurs de Galien, mais l’idée d’un cerveau glandulaire persiste.

💡 À retenir

L’évolution historique des conceptions du cerveau montre un passage de croyances anciennes à des recherches empiriques, jusqu’à la Renaissance.

📖 3. Techniques in vitro d'exploration anatomique : microscopie, histologie et cytologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Fonctionnelle : L'exploration fonctionnelle en neurosciences étudie le fonctionnement, le métabolisme et les réponses des cellules, tissus et organes, notamment en observant leur activité et leur réaction aux stimulations ou lésions.
• Cytologie : L'étude morphologique des cellules isolées, permettant d'observer leur structure et leur organisation.
• Cryofixation ( : Une technique de fixation rapide consistant à congeler ultra rapidement les échantillons à environ -40°C en les projetant dans des gaz très froids, afin de préserver la structure des tissus biologiques avant observation.
• Vert : Un marquage fluorescent utilisé en neurosciences, tel que la protéine fluorescente verte (GFP), permettant de visualiser spécifiquement certains neurones, par exemple les neurones nouvellement fabriqués.

📝 Points essentiels

• Les techniques in vitro permettent d'observer la structure des cellules, tissus et organes hors de l'organisme vivant.
• La fixation (cryofixation ou chimique) est essentielle pour préserver les échantillons avant observation.
• Les coupes très fines (1 à 100 μm) sont nécessaires pour l'observation en microscopie optique.
• La coloration de Nissl est la plus utilisée pour repérer les corps cellulaires dans le tissu nerveux.
• La microscopie a permis la découverte de la microarchitecture cérébrale et la distinction entre neurones et cellules gliales.
• 5 Dans tous ces domaines, il y a eu des avancées physiques optiques puis physique électronique qui par la suite ont permis : ➢ La découverte de la microarchitecture des structures cérébrales (NGC, NTC, faisceaux de fibres…) ➢ La caractérisation des différents types de cellules nerveuses → distinction entre les neurones et les cellules gliales Ces méthodes étudient l'anatomie, des modes de communications entre les cellules nerveuses, le contrôle des expériences de lésions ou de stimulation du système nerveux.
• Ce sont des méthodes qui permettent d’observer, délimiter, décrire la structure des cellules, tissus et organes.

💡 À retenir

Les techniques in vitro permettent d'observer la structure des cellules, tissus et organes hors de l'organisme vivant.

📖 4. Méthodes chimiques et biochimiques en histologie : cytochimie, autoradiographie et immunohistochimie

🔑 Notions clés & Définitions

• Cerveau : L'organe central du système nerveux, étudié en neurosciences pour comprendre ses fonctions et structures, notamment par des techniques histologiques et biochimiques.
• Exemple : Une illustration concrète des techniques chimiques et immunologiques en histologie, telles que l'utilisation de l'acide glyoxylique pour révéler les monoamines par fluorescence.
• NIRS : Une méthode de spectroscopie proche-infrarouge qui mesure indirectement l'activité métabolique neuronale en détectant les variations d'oxygénation du tissu cérébral via l'absorption différentielle de l'oxyhémoglobine et de la désoxyhémoglobine.
• Hybridation in situ : Une technique permettant de localiser l'ARN messager dans les neurones afin de démontrer la synthèse protéique en détectant la présence du matériel génétique spécifique dans la cellule.
• Immunohistochimie indirecte : Une méthode utilisant un double marquage d'anticorps pour localiser avec une sensibilité accrue des éléments spécifiques dans les coupes de tissu, en employant un anticorps primaire ciblant l'antigène et un anticorps secondaire dirigé contre le premier.

📝 Points essentiels

• L'histochimie classique utilise des réactions chimiques spécifiques qui produisent des composés colorés ou fluorescents pour marquer les cellules contenant certaines molécules.
• L'autoradiographie localise des molécules marquées par des atomes radioactifs, technique particulièrement utilisée en pharmacologie pour identifier les sites de liaison des médicaments.
• L'immunohistochimie emploie des anticorps pour localiser des éléments spécifiques tels que neurotransmetteurs, enzymes ou récepteurs dans des coupes de tissu cérébral.
• L'hybridation in situ permet de localiser l'ARN messager dans les neurones, ce qui démontre que ces cellules synthétisent la protéine correspondante.
• L'immunohistochimie indirecte est plus sensible que la méthode directe grâce à un double marquage d'anticorps, augmentant la détection des antigènes dans les tissus.
• Exemple : Acide glyoxylique + monoamine (DA, NA) = composé fluorescent B - Autoradiographie Elle permet de localiser des molécules marquées par des atomes radioactifs, celle -ci est très utilisée en pharmacologie (sites de liaison de médicaments) Exemple : localisation des sites récepteurs ( r ) d’un neurotransmetteur (NT) = assemblage = “binding” 1.
• A - Histochimie classique Le résultat est réactif et interagit rapidement avec certaines molécules qui entraîne une réaction chimique permettant de faire apparaître de nouveaux composés colorés ou fluorescents.

💡 À retenir

L'hybridation in situ permet de localiser l'ARN messager dans les neurones, ce qui démontre que ces cellules synthétisent la protéine correspondante.

📖 5. Exploration anatomique cérébrale par radiographie, angiographie et tomodensitométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Radiographie classique : Technique d'imagerie utilisant des rayons X pour obtenir un cliché dont le contraste dépend de l'épaisseur et du coefficient d'atténuation des structures traversées, mais qui fournit peu d'informations sur la structure du tissu cérébral en raison de densités similaires.
• Angiographie : Technique d'imagerie vasculaire qui augmente le contraste entre tissu et vaisseaux sanguins par injection de substances iodées opaques aux rayons X, permettant de détecter des anomalies vasculaires comme des problèmes circulatoires ou des tumeurs.
• Activité cérébrale : Fonctionnement du cerveau qui peut être étudié par différentes techniques d'imagerie, notamment par la détection de variations locales d'oxygénation ou de consommation d'énergie lors de tâches spécifiques.
• Rayons X sont : Radiations électromagnétiques ionisantes capables de traverser la matière, déviées ou absorbées par les atomes, dont l'utilisation répétée est limitée en raison des risques de brûlures et de cancer.

📝 Points essentiels

• La radiographie classique utilise des rayons X pour visualiser les structures, mais donne peu d'informations sur le tissu cérébral.
• L'angiographie améliore le contraste vasculaire par injection de produits iodés opaques aux rayons X pour détecter anomalies vasculaires.
• La tomodensitométrie (scanner) utilise des faisceaux étroits de rayons X en rotation et une reconstruction informatique 3D.
• Le scanner nécessite souvent l'injection de produit de contraste pour visualiser les structures cérébrales.
• Les rayons X sont des radiations ionisantes présentant des risques (brûlures, cancer), limitant leur usage répété.
• Cette approche est au maximum limitée car les rayons x sont des radiations ionisantes : arrachent les ions de nos molécules et entraînent des risques de brûlures, cancer … 3 - Imagerie par résonance magnétique (nucléaire) (IRMn) (Le “n” de “nucléaire” peut porter à croire que c’est radioactif donc il n’est pas beaucoup employé dans le langage courant.) L’IRM est la méthode reine/la plus utilisée dans la recherche et ça depuis des années (1993) Le prix nobel est attribué en 2003 à Paul C Lauterbur et Sir Peter Mansfield L’avènement de l’IRM à la fin des années 1970 est une grande révolution dans le milieu médical, c’est une méthode inoffensive (non ionisante) donc il est possible de faire des examens répétés.
• C’est un ensemble de faisceaux étroits de rayons x en rotation autour du patient, une image numérique en 3D est ensuite reconstruite mathématiquement.

💡 À retenir

L'angiographie améliore le contraste vasculaire par injection de produits iodés opaques aux rayons X pour détecter anomalies vasculaires.

📖 6. Imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) : principes physiques et acquisition d'images

🔑 Notions clés & Définitions

• Résonance magnétique nucléaire : Méthode d'imagerie exploitant la propriété magnétique des noyaux d'hydrogène dans l'eau du corps, permettant de visualiser les tissus sans radiation ionisante.
• Fréquence de Larmor : Vitesse de précession des spins des noyaux d'hydrogène dans un champ magnétique principal, dépendant de la force du champ B0, et déterminant la fréquence du signal en IRM.
• Paramètres de relaxation T1 et T2 : Temps caractéristique de retour à l'équilibre des spins après excitation, variant selon la nature des tissus, permettant leur différenciation en IRM.
• Bobines de gradient : Dispositifs qui créent des variations linéaires du champ magnétique principal pour réaliser des coupes sélectives et localiser précisément le signal dans l'imagerie IRM.

📝 Points essentiels

• L'IRM exploite la propriété magnétique des noyaux d'hydrogène présents dans l'eau du corps humain.
• La fréquence de Larmor dépend de la force du champ magnétique principal (B0) et correspond à la précession des spins.
• L'aimant principal est supraconducteur, refroidi à l'hélium liquide, avec des champs typiques de 1,5 à 3 Tesla.
• Les paramètres de relaxation T1 et T2 varient selon la nature des tissus, permettant leur différenciation en IRM.
• Les bobines de gradient permettent de réaliser des coupes sélectives et de localiser précisément le signal dans le cerveau.

💡 À retenir

Les bobines de gradient permettent de réaliser des coupes sélectives et de localiser précisément le signal dans le cerveau.

📖 7. Analyse des signaux EEG : fréquence, amplitude et rythmes cérébraux

🔑 Notions clés & Définitions

• Fréquence : Grandeur mesurant le nombre de variations ou cycles d'un signal électrique par seconde.
• Potentiels évoqués : Réponses électriques cérébrales associées à un événement spécifique, extraites du signal EEG par amplification, filtrage et moyennage pour isoler l'activité liée au stimulus.
• Analyse spectrale : Elle correspond à l’idée de faire le chemin inverse en devinant / décomposant le spectre.

📝 Points essentiels

• L'EEG mesure l'activité électrique cérébrale avec une excellente résolution temporelle mais une résolution spatiale limitée.
• La fréquence EEG est le nombre de variations par seconde, exprimée en Hertz (Hz).
• Les rythmes cérébraux sont classés en Gamma (30-70 Hz), Bêta (13-30 Hz), Alpha (8-12 Hz), Thêta (5-7 Hz) et Delta (1-4 Hz).
• Les potentiels évoqués sont des réponses électriques associées à un événement spécifique, extraites par amplification, filtrage et moyennage.
• L'analyse spectrale décompose le signal EEG en fréquences pour étudier la puissance et la répartition spatiale des rythmes.
• (les neurones sont en activité, il se passe beaucoup de choses) EEG synchronisé : a une grande amplitude donc la fréquence est faible (les neurones se déchargent à des fréquences plus faibles donc le cerveau est au repos) Rythmes : Gamma (γ) : 30 à 60-70 Hz Bêta (β) : 13 à 30 Hz Alpha (α) : 8 à 12 Hz Thêta (θ) : 5 à 7 Hz Delta (δ) : 1 à 4 H Les rythmes varient en fonction : 1.
• La fréquence est le nombre de fois où un changement arrive (le nombre de variations).

💡 À retenir

L'EEG analyse les rythmes et potentiels électriques cérébraux pour comprendre les états physiologiques et cognitifs.

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de Synthèse

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre la radiographie classique avec l'IRM : la première utilise des rayons X et donne peu d'informations sur les tissus mous.
2. Croire que l'IRM utilise des radiations ionisantes : elle exploite le magnétisme et non les radiations.
3. Confondre angiographie et tomodensitométrie : la première met en évidence les vaisseaux via injection de produit iodé ; la seconde reconstruit une image 3D.
4. Sous-estimer les risques liés à l'exposition aux rayons X ou aux produits de contraste.
5. Oublier que l'EEG a une excellente résolution temporelle mais une faible résolution spatiale.
6. Confondre potentiels évoqués et rythmes EEG : les premiers sont liés à un événement spécifique.
7. Négliger que les techniques in vitro nécessitent fixation et coupes fines pour observer la microarchitecture.

✅ Checklist Examen

1. Connaître la définition de la psychologie et son lien avec les neurosciences.
2. Expliquer ce qu’est un substrat neuronal.
3. Décrire le glissement paradigmatique dans l’étude du comportement.
4. Citer au moins deux disciplines intégrées par les neurosciences.
5. Résumer l’évolution historique des conceptions du cerveau depuis la préhistoire jusqu’à la Renaissance.
6. Identifier le traité Edwin Smith comme référence ancienne mentionnant le cerveau.
7. Expliquer le concept d’encéphalo centrisme avec Alcméon de Crotone.
8. Définir la fonction de réponse hémodynamique en imagerie par IRM.
9. Décrire la technique de cryofixation en histologie.
10. Expliquer le principe de la microscopie électronique versus optique.
11. Connaître les principales techniques d’immunohistochimie et leur but.
12. Comparer la radiographie classique et la tomodensitométrie en termes d’utilisation et limites.
13. Définir le principe physique de l’IRM et ses avantages par rapport à la radiographie.
14. Identifier les différents rythmes EEG (Gamma, Bêta, Alpha, Thêta, Delta) avec leurs plages de fréquence.
15. Expliquer comment l’analyse spectrale décompose un signal EEG.
16. Savoir que l’EEG est utilisé pour étudier les états physiologiques et cognitifs.
17. Mentionner que l’angiographie utilise un produit iodé pour visualiser les vaisseaux sanguins.
18. Connaître les risques liés à l’utilisation des rayons X en imagerie médicale.
19. Maîtriser le principe physique derrière la résonance magnétique nucléaire (IRM).
20. Identifier que les potentiels évoqués sont extraits du signal EEG lors d’un événement spécifique.
21. Comprendre que la fixation en histologie permet de préserver la structure cellulaire pour observation.
22. Savoir que l’autoradiographie localise des molécules marquées par des atomes radioactifs dans le tissu cérébral.

Fin