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Quels rôles jouent les structures de connexion circulaires dans le cerveau ?

Quels rôles jouent les structures de connexion circulaires dans le cerveau ?


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La plupart des simulations de réseaux de neurones sont strictement linéaires, l'une des raisons étant qu'elles ne veulent pas traiter de connexions circulaires (et de boucles de rétroaction infinies si vous n'avez pas les bons mécanismes). Vous pouvez les gérer au prix d'une certaine efficacité, mais je suis curieux de savoir si dans le vrai cerveau, les connexions circulaires jouent un rôle important, ou ne sont-elles vraiment pas nécessaires ?

Pour être clair, je veux dire toute structure où vous avez un neurone A, un neurone B et un neurone C (ou un millier de plus) et la structure est similaire àA > B > C > Aou généralement, à un moment donné, le neurone A finit par avoir un chemin où sa propre sortie peut revenir à lui-même.

Quels rôles jouent les connexions circulaires dans le cerveau ? Ou plus simplement : sont-ils utiles et pour quelles raisons ?


Les « connexions circulaires », comme vous les appelez, sont super commun dans le système nerveux. Ce motif généralement appelé connexions de rétroaction, et sert une variété de rôles.

Les études de connectivité peuvent être globalement regroupées en celles qui examinent le cerveau domaines, et ceux qui examinent des neurones individuels (généralement dans une seule zone cérébrale).

Mon expérience est plus celle-ci, c'est donc ce sur quoi je vais me concentrer.

Premièrement, votre question manque une distinction importante : neurones inhibiteurs. Donc, si le neurone C était inhibiteur, nous aurions une boucle de rétroaction négative, un circuit classique qui peut être utilisé pour produire un signal de type homéostatique, maintenant un système dans certaines limites ; une boucle de rétroaction retardée peut également agir comme un « terminateur de signal », permettant d'arrêter une action une fois qu'elle atteint un certain seuil. Enfin, dans certaines circonstances, les boucles de rétroaction peuvent produire oscillations, qui sont applicables à un certain nombre de tâches.

Mais plus généralement, la connectivité récurrente est extrêmement importante dans le cortex. La majorité des entrées des neurones proviennent des neurones excitateurs voisins (voir https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7638624), et si A se connecte à B, alors B est plus susceptible de se connecter à A que par hasard (voir http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1054880&tool=pmcentrez&rendertype=abstract pour une très belle étude à ce sujet).

Alors pourquoi? Pour diverses raisons. Les réseaux dotés de mécanismes de rétroaction peuvent faire plus, est la réponse de base ; de la rétroaction négative pour l'homéostasie aux états de réseau persistants. Mon sentiment personnel est que trop de neurosciences computationnelles modélisent un réseau en tant qu'opérateur - elles prennent une image, disons, et produisent ce qu'elles pensent être l'image. Et bien que cela soit important, c'est ne pas ce qu'est le cerveau. Nous devons maintenir un modèle interne constant du monde qui nous entoure, plutôt que de nous dire « cette chose est un chat ». Cette chose est un hamburger ». Peut-être que l'activité récurrente maintient le cortex dans un certain état - sachant que le chat est là - et les intrants servent à déplacer l'état afin que nous puissions mettre à jour nos modèles internes lorsque l'environnement sensoriel change.


Activité de l'hypothalamus et production d'hormones

De la taille d'une perle, le hypothalamus dirige une multitude de fonctions importantes dans le corps. Situé dans la région du diencéphale du cerveau antérieur, l'hypothalamus est le centre de contrôle de nombreuses fonctions autonomes du système nerveux périphérique. Les connexions avec les structures des systèmes endocrinien et nerveux permettent à l'hypothalamus de jouer un rôle vital dans le maintien de l'homéostasie. L'homéostasie est le processus de maintien de l'équilibre corporel en surveillant et en ajustant les processus physiologiques.

Connexions des vaisseaux sanguins entre l'hypothalamus et glande pituitaire permettre aux hormones hypothalamiques de contrôler la sécrétion d'hormones hypophysaires. Certains des processus physiologiques régulés par l'hypothalamus comprennent la pression artérielle, la température corporelle, les fonctions du système cardiovasculaire, l'équilibre hydrique et l'équilibre électrolytique. Comme un Système limbique structure, l'hypothalamus influence également diverses réponses émotionnelles. L'hypothalamus régule les réponses émotionnelles par son influence sur l'hypophyse, le système musculaire squelettique et le système nerveux autonome.


Rôles du tissu conjonctif

Tissu conjonctif dans le corps humain, c'est le ruban adhésif biologique qui maintient l'ensemble du système ensemble. Le tissu conjonctif donne forme aux organes, stocke/transporte les minéraux et les nutriments, offre une protection et augmente la flexibilité. Ce ne sont là que quelques-uns des rôles de ce tissu-le rôle du tissu conjonctif varie selon la nature des structures voisines.

Rôles du tissu conjonctif en bref :

  • Stockage, absorption et élimination des déchets Lié à la fonction métabolique (sang, adipocytes/graisse, tissu lymphatique)
  • Transport de vitamines, minéraux, énergie, protéines, eau, oxygène et autres substances (sang)
  • protection contre les contaminants nocifs, les chocs et les frottements (cartilage, tissu cicatriciel)
  • Immunité et défense (globules blancs, peau, tissu cicatriciel)
  • Support structurel (tendons, ligaments, os, cartilage)
  • Isolation thermique (adipocytes/graisse)
  • Production de sang (moelle osseuse, tissu lymphatique)

Examinons plus en détail certains de ces rôles.


La base biologique de l'agression

Il suffit de lire le quotidien pour voir à quel point la violence est un problème grave dans la société d'aujourd'hui. Bien que l'incidence des comportements violents aux États-Unis ait considérablement diminué au cours des dernières années, il y a encore environ 80 % de chances qu'une personne soit victime d'un crime violent au cours de sa vie. La tendance à l'augmentation de la violence chez les très jeunes est encore plus troublante. Après chaque fusillade dans une école, il y a un blitz médiatique d'experts cherchant à expliquer comment et pourquoi les adolescents en difficulté se tournent parfois vers la violence. Une grande partie de ce qu'ils disent est le résultat de recherches sur la psychobiologie de l'agression, un domaine qui a récemment connu de nombreuses percées dans l'identification des corrélats du comportement violent. Certains chercheurs affirment que nous nous rapprochons de prédire à partir d'un scanner cérébral ou d'un test sanguin si une personne risque de commettre un acte de violence. Mis à part les complications éthiques, un examen plus approfondi de la neurobiologie de l'agression montre pourquoi il est peu probable que nous trouvions un test concluant pour un comportement violent potentiel. S'il existe de nombreux facteurs biologiques associés à l'agression, leur valeur prédictive reste encore assez faible.

Le premier obstacle dans la recherche sur l'agression est de savoir comment la définir. C'est une tâche plus facile avec les animaux, qui ont tendance à afficher des schémas de violence stéréotypés tels que tuer pour gagner de la nourriture ou un territoire. Avec les humains et les primates non humains, la classification de l'agression devient plus difficile parce qu'il y a une complication de l'intention. La punition, par exemple, représente une zone particulièrement grise. La fessée doit-elle être considérée comme un acte agressif ? Qu'en est-il de la peine capitale ? En effet, presque tous les actes que nous considérons comme agressifs ont été socialement sanctionnés par certaines cultures au fil des ans. Pour simplifier les choses, de nombreux psychologues et éthologues trouvent utile de classer les comportements agressifs dans l'une des trois catégories principales : (1) l'agression prédatrice, qui fait référence au harcèlement et au meurtre d'autres espèces, (2) l'agression sociale, qui est une agression non provoquée qui est dirigé un membre de la même espèce dans le but d'établir sa domination, et (3) l'agression défensive, qui fait référence aux attaques lancées lorsqu'un animal est acculé par un agresseur menaçant. Des études animales suggèrent que les différents types d'agression sont contrôlés par différents sous-ensembles de structures cérébrales au sein du système limbique, notamment l'amygdale, le septum et l'hypothalamus (figure 1). Par exemple, chez le rat, les lésions de la cloison latérale diminuent l'agressivité sociale mais augmentent l'agressivité prédatrice, suggérant que les substrats neuronaux pour l'agressivité offensive et défensive sont entrelacés mais séparés.

Est-ce dans les gènes ?
L'une des premières tentatives pour lier la génétique et le comportement violent a eu lieu dans les années 1960, lorsque les chercheurs pensaient avoir découvert une propension à la violence chez les hommes nés avec un chromosome Y supplémentaire. Bien que les études aient attiré beaucoup d'attention à l'époque, un examen plus approfondi des hommes XYY a révélé qu'ils ne présentaient aucune tendance particulièrement violente. De plus, les hommes XYY sont extrêmement rares et le syndrome ne pourrait donc pas expliquer la fréquence et la prévalence des comportements violents dans le monde. Les scientifiques s'accordent à dire qu'il y a probablement une composante génétique à l'agressivité, car les comportements violents ont tendance à être héréditaires. Cependant, avec un comportement complexe comme l'agression, il est particulièrement difficile de séparer les contributions génétiques et environnementales. Très probablement, il est possible d'hériter d'une prédisposition à la violence, mais les psychologues soulignent également que la modélisation d'un comportement agressif à la maison est la méthode la plus sûre pour propager la violence.

Un grand nombre de recherches implique l'amygdale en tant que structure cérébrale clé pour la médiation de la violence. L'une des premières indications que l'amygdale pourrait être importante pour la peur et l'agression est venue des descriptions de Kluver et Bucy en 1939 de singes dont les lobes temporaux ont été retirés. Ils ont noté que les animaux étaient remarquablement apprivoisés et montraient peu de peur. Des recherches ultérieures ont indiqué que le comportement docile associé au syndrome de Kluver-Bucy est probablement médié par l'amygdale, car l'élimination sélective de cette structure a produit des effets similaires sur la peur et l'agressivité. Il est également possible d'augmenter l'agressivité par modulation de l'amygdale. Chez les animaux, la stimulation électrique de l'amgydale augmente tous les types de comportement agressif, et il existe des preuves d'une réaction similaire chez les humains. Le tireur d'élite Charles Whitman, qui a tué plusieurs personnes de la University Tower au Texas, a laissé une note derrière qui suppliait les gens d'examiner son cerveau pour détecter un éventuel dysfonctionnement. Son autopsie a révélé qu'il avait une tumeur enfoncée dans son amygdale.

Le tireur d'élite Charles Whitman, qui a tué plusieurs personnes de la tour universitaire du Texas, a laissé une note derrière qui suppliait les gens d'examiner son cerveau pour détecter un éventuel dysfonctionnement. Son autopsie a révélé qu'il avait une tumeur enfoncée dans son amygdale.”

Hormones et sérotonine
La testostérone est un autre candidat attrayant pour la médiation de l'agression, car les hommes de tous âges, races et cultures sont plus agressifs physiquement que leurs homologues féminins. Chez les animaux, la testostérone est liée à l'agressivité sociale. Réduire la testostérone chez le mâle alpha en le castrant élimine son statut social dominant, et restaurer la testostérone par injection lui fait retrouver son statut social. Cependant, l'administration de testostérone à des hommes de statut social inférieur ne leur permet généralement pas d'occuper la position d'homme alpha, ce qui indique qu'il n'y a pas de relation directe entre la testostérone et la position dans la hiérarchie de dominance. Il existe des preuves chez l'homme que les hommes à taux élevé de testostérone sont plus susceptibles d'être socialement agressifs, mais aucune preuve qu'ils sont nécessairement plus violents. Souvent, ils réussissent dans des professions qui prospèrent grâce à la concurrence, comme diriger avec succès une entreprise, se présenter à la présidence ou poursuivre une carrière sportive. De plus, quelques psychologues ont suggéré que les femmes ne sont pas nécessairement moins agressives que les hommes, mais qu'elles affichent un type d'agressivité différent. Les femmes sont plus susceptibles de manifester des types d'agression non violents, comme ostraciser leurs pairs ou répandre de fausses rumeurs dans l'intention de causer de la douleur. Ainsi, bien qu'il semble y avoir un lien entre la testostérone et l'agression physique, le niveau de testostérone d'une personne ne sera pas nécessairement un bon prédicteur d'un comportement agressif.

Plusieurs lignes de preuves convergentes indiquent que le neurotransmetteur sérotonine joue un rôle clé dans la médiation des comportements agressifs et violents. Les souris avec un knock-out sélectif du récepteur de la sérotonine 1B montrent une augmentation de l'agressivité. De même, l'épuisement des niveaux de sérotonine chez les singes vervets augmente leur comportement agressif, tandis que l'augmentation des niveaux de sérotonine réduit l'agressivité et augmente les interactions pacifiques comme le toilettage. La sérotonine a également été impliquée dans l'agression humaine. Par exemple, il a été démontré que les interventions pharmacologiques qui augmentent l'efficacité sérotoninergique réduisent les sentiments hostiles et les accès de violence chez les patients psychiatriques agressifs. En outre, les personnes ayant des antécédents de comportement impulsivement violent, telles que les pyromanes, les criminels violents et les personnes qui meurent par des méthodes violentes de suicide, présentent de faibles niveaux de sérotonine dans leur liquide céphalo-rachidien. Ces résultats représentent une corrélation intéressante, mais il est important de se rappeler que la direction de l'effet n'est pas claire. Il se peut qu'un comportement agressif induise de faibles niveaux de sérotonine dans le liquide céphalo-rachidien plutôt que l'inverse.

Les mesures du fonctionnement du cerveau telles que l'EEG suggèrent depuis longtemps que les criminels violents ont des processus neurologiques altérés, mais les récents progrès des techniques de neuroimagerie ont permis aux chercheurs d'examiner plus en détail le cerveau des délinquants violents. Adrian Raine et ses collègues ont mené l'étude la plus vaste et la plus approfondie à ce jour, dans laquelle ils ont utilisé la tomographie par émission de positons (communément appelée TEP) pour comparer l'activité cérébrale de 41 délinquants violents condamnés à l'activité de 41 sujets témoins du même âge. Ils ont découvert que les personnes reconnues coupables de meurtre avaient une activité réduite dans le cortex préfrontal et une activité accrue dans les régions sous-corticales telles que le thalamus. Cette découverte correspond bien aux recherches antérieures montrant que les dommages au cortex préfrontal altèrent la prise de décision et augmentent le comportement impulsif. En effet, le travail de Raine est peut-être la meilleure preuve à ce jour qu'une altération du fonctionnement du cerveau peut sous-tendre certains types d'agression violente. Cependant, il est important de se rappeler que ses sujets se situent à l'extrémité d'un spectre et peuvent ne pas être typiques de la plupart des agresseurs. En outre, il existe de nombreux exemples de personnes atteintes de lésions du cortex préfrontal qui ne commettent pas d'actes violents, de sorte que les tomodensitogrammes ne peuvent pas être utilisés pour déceler des meurtres potentiels.

Réduire les comportements violents
Les chercheurs ont réussi à identifier les facteurs biologiques associés à l'agressivité, mais ont eu moins de chance de déterminer comment ces facteurs pourraient contribuer à l'agressivité et à la violence pathologiques. À ce stade, il n'y a pas de marqueur neurologique pour identifier une personne à risque de comportement violent, et il semble peu probable qu'un test définitif existe un jour. Comme l'illustre l'exemple des hommes à taux élevé de testostérone, l'agressivité peut souvent être canalisée vers des comportements sains et bénéfiques. Il semble donc que le meilleur moyen de réduire les types d'agression dangereux soit d'en apprendre davantage sur les facteurs qui façonnent le comportement agressif. De nombreuses personnes désignent les médias comme les principaux instigateurs de la violence, citant des statistiques sur les milliers de meurtres dramatiques que les enfants américains regardent à la télévision chaque année, et il existe des preuves à l'appui de cette idée. Cependant, la télévision ne peut pas être le seul médiateur des comportements violents. Toronto reçoit la même programmation télévisée que Chicago, mais le taux de criminalité dans la ville canadienne n'est même pas un dixième de celui des États-Unis. La dure vérité sur l'agression pathologique est qu'elle a tendance à se propager dans les familles, et une fois amorcée, le cycle peut être très difficile à briser. La recherche sur la neurobiologie de l'agression a déjà fourni des indices précieux sur les cibles possibles d'une intervention biologique, mais il n'y a pas de solution miracle. La bonne nouvelle est que les scientifiques dans les domaines de la psychologie, de la sociologie et de la biologie sont de plus en plus conscients de leur intérêt mutuel pour ce sujet. Chacun apporte une pièce du puzzle à la table, et leur combinaison unique offre notre meilleur espoir de comprendre le comportement complexe de l'agression pathologique.

Les références:
Fuller, RW, “L'influence de la fluoexétine sur le comportement agressif.” Neuropsychopharmacologie, 14: 77-81, 1996.

Mann, JJ. “Rôle du système sérotoninergique dans la pathogenèse de la dépression majeure et des comportements suicidaires,”Neuropsychopharmacologie, 21 (2) : 99S-105S, 1999.

Raine, A., Buchsbaum, M., LaCasse, L., « Anomalies cérébrales dans les meurtres indiquées par la tomographie par émission de positons », Psychiatrie Biologique, 42: 495-508, 1997.

Virkkunen, M, Rawlings, R., Tokola, R., Pologne, RE, Guidotti, A. Nemoff, D. Bisette, G., Kalogeras, K., Karonen, SL, Linnoila, M. “CSF Biochimies, glucose métabolisme et rythmes d'activité diurne chez les alcooliques, les délinquants violents, les incendiaires et les volontaires sains,” Arc de psychiatrie générale, 51: 20-27, 1994.


De nouvelles découvertes révèlent un rôle surprenant du cervelet dans la récompense et les comportements sociaux

Une nouvelle étude chez les rongeurs a montré que le cervelet du cerveau, connu pour jouer un rôle dans la coordination motrice, aide également à contrôler les circuits de récompense du cerveau. Les chercheurs ont découvert une connexion neuronale directe entre le cervelet et l'aire tegmentale ventrale (VTA) du cerveau, une zone connue depuis longtemps pour être impliquée dans le traitement et l'encodage de la récompense. Ces résultats, publiés dans Science, démontrent pour la première fois que le cervelet du cerveau joue un rôle dans le contrôle du comportement de récompense et de préférence sociale, et jette un nouvel éclairage sur les circuits cérébraux essentiels au dysfonctionnement affectif et social observé dans de multiples troubles psychiatriques. La recherche a été financée par le National Institute of Mental Health (NIMH), qui fait partie des National Institutes of Health.

"Ce type de recherche est fondamental pour approfondir notre compréhension de la relation entre l'activité des circuits cérébraux et les maladies mentales", a déclaré Joshua A. Gordon, M.D., Ph.D., directeur du NIMH. « Des découvertes comme celles décrites dans cet article nous aident à en savoir plus sur le fonctionnement du cerveau, une première étape clé sur la voie du développement de nouveaux traitements. »

Le cervelet joue un rôle bien connu dans la coordination et la régulation de l'activité motrice. Cependant, la recherche a également suggéré que cette zone du cerveau contribue à une multitude de fonctions non motrices. Par exemple, des anomalies dans le cervelet ont été liées à l'autisme, à la schizophrénie et aux troubles liés à l'utilisation de substances, et l'activation cérébrale dans le cervelet a été liée à la motivation, aux comportements sociaux et émotionnels et à l'apprentissage des récompenses, chacun pouvant être perturbé dans les troubles psychiatriques. .

Ces découvertes antérieures ont conduit Kamran Khodakhah, Ph.D. , de l'Albert Einstein College of Medicine, New York, et ses collègues pour se demander s'il existait un lien direct entre le cervelet et le VTA, une structure cérébrale impliquée dans le contrôle des comportements de récompense et de motivation. Pour examiner cela, les chercheurs ont utilisé une technique appelée optogénétique, dans laquelle les neurones des animaux sont génétiquement modifiés, afin qu'ils puissent être contrôlés à l'aide d'impulsions lumineuses. Les chercheurs ont utilisé cette technique chez la souris, activant les neurones du cervelet qui se connectaient au VTA. Les chercheurs ont découvert que l'activation des neurones cérébelleux entraînait une activation accrue dans le VTA des souris, indiquant une connexion fonctionnelle entre ces deux structures cérébrales.

Une fois la connexion neuronale entre ces deux structures cérébrales confirmée, les chercheurs ont cherché à savoir si les entrées du cervelet au VTA influençaient le comportement lié à la récompense et aux préférences sociales. Les chercheurs ont placé des souris dans une chambre ouverte de forme carrée et ont utilisé des impulsions lumineuses pour activer les neurones cérébelleux liés au VTA chaque fois que les souris entraient dans une partie spécifique de la chambre, appelée «quadrant de récompense». Les souris ont montré une forte préférence pour passer du temps dans le quadrant de récompense, choisissant librement de passer plus de 70 % de leur temps dans ce domaine. De plus, les chercheurs ont découvert que les souris étaient prêtes à travailler pour l'activation dans cette zone du cerveau et à passer du temps dans des conditions qu'elles ne préféreraient généralement pas (zones claires contre zones plus sombres) pour recevoir cette activation. Ensemble, les résultats suggèrent que l'activation des projections cérébelleuses vers le VTA est gratifiante pour les souris et que le cervelet joue un rôle dans les comportements liés à la récompense.

Pour examiner si les entrées du cervelet dans le VTA ont eu un impact sur les comportements sociaux, les chercheurs ont testé des souris en utilisant une tâche sociale à trois chambres dans laquelle les souris pouvaient choisir de passer du temps dans une chambre avec une autre souris (la chambre sociale), dans un vide chambre centrale, ou dans une chambre contenant un objet non social. Au départ, les souris préféraient être dans la chambre sociale, mais après que les chercheurs aient désactivé les projections cérébelleuses dans le VTA, les souris n'ont plus montré cette préférence. De plus, l'extinction continue de la voie cérébelleuse-VTA s'est avérée empêcher complètement l'expression du comportement de préférence sociale chez les souris, des résultats qui indiquent que les entrées du cervelet dans le VTA sont nécessaires pour le comportement de préférence sociale chez les souris.

Cartes thermiques montrant le temps qu'une souris a passé dans les emplacements de la chambre à champ ouvert à la ligne de base (à gauche) et pendant la stimulation optogénétique de l'entrée cérébelleuse vers le VTA (à droite). Le « quadrant de récompense » est situé dans la partie supérieure droite du champ. Crédit : Collège de médecine Albert Einstein

Les résultats de cette étude suggèrent un rôle potentiellement majeur – et auparavant non reconnu – du cervelet dans la création et le contrôle des comportements de récompense et de préférence sociale. Bien qu'il reste beaucoup à explorer, l'identification de cette voie neuronale directe peut aider à expliquer le rôle de ce circuit dans les troubles impliquant des systèmes liés à la récompense et au traitement social, tels que la toxicomanie, l'autisme et la schizophrénie, et peut indiquer un avenir cibles d'intervention et de gestion des symptômes.

« Le rôle des circuits cérébelleux dans les comportements pertinents pour la santé mentale est un domaine sous-étudié, dans lequel nous commençons tout juste à voir un intérêt accru, a déclaré Janine Simmons, M.D., Ph.D., chef du NIMH Social and Affective Neuroscience Program. « Nous sommes toujours ravis de voir des innovations de ce type dans les neurosciences comportementales, et ces résultats démontrent tout ce qu'il reste à apprendre. »

Dans de futures études, les chercheurs prévoient de tester si la voie cervelet-VTA peut être manipulée, à l'aide de médicaments ou d'optogénétique, pour traiter la dépendance et prévenir les rechutes après le traitement.

"Les anomalies cérébelleuses sont également liées à un certain nombre d'autres troubles mentaux tels que la schizophrénie", a déclaré le Dr Khodakhah. « Nous voulons savoir si cette voie joue également un rôle dans ces troubles. »


De nouvelles découvertes révèlent un rôle surprenant du cervelet dans la récompense et les comportements sociaux

Une étude financée par le NIH jette un nouvel éclairage sur les circuits cérébraux liés au dysfonctionnement affectif et social.

Cartes thermiques montrant le temps qu'une souris a passé dans les emplacements de la chambre à champ ouvert à la ligne de base (à gauche) et pendant la stimulation optogénétique de l'entrée cérébelleuse vers le VTA (à droite). Le « quadrant de récompense » est situé dans la partie supérieure droite du champ. Faculté de médecine Albert Einstein

Une nouvelle étude chez les rongeurs a montré que le cervelet du cerveau, connu pour jouer un rôle dans la coordination motrice, aide également à contrôler les circuits de récompense du cerveau. Les chercheurs ont découvert une connexion neuronale directe entre le cervelet et l'aire tegmentale ventrale (VTA) du cerveau, une zone connue depuis longtemps pour être impliquée dans le traitement et l'encodage des récompenses. Ces résultats, publiés dans Science, démontrent pour la première fois que le cervelet du cerveau joue un rôle dans le contrôle du comportement de récompense et de préférence sociale, et jette un nouvel éclairage sur les circuits cérébraux essentiels au dysfonctionnement affectif et social observé dans de multiples troubles psychiatriques. La recherche a été financée par le National Institute of Mental Health (NIMH), qui fait partie des National Institutes of Health.

"Ce type de recherche est fondamental pour approfondir notre compréhension de la relation entre l'activité des circuits cérébraux et les maladies mentales", a déclaré Joshua A. Gordon, M.D., Ph.D., directeur du NIMH. « Des découvertes comme celles décrites dans cet article nous aident à en savoir plus sur le fonctionnement du cerveau, une première étape clé sur la voie du développement de nouveaux traitements. »

Le cervelet joue un rôle bien connu dans la coordination et la régulation de l'activité motrice. Cependant, la recherche a également suggéré que cette zone du cerveau contribue à une multitude de fonctions non motrices. Par exemple, des anomalies dans le cervelet ont été liées à l'autisme, à la schizophrénie et aux troubles liés à l'utilisation de substances, et l'activation cérébrale dans le cervelet a été liée à la motivation, aux comportements sociaux et émotionnels et à l'apprentissage des récompenses, chacun pouvant être perturbé dans les troubles psychiatriques. .

Ces découvertes antérieures ont conduit Kamran Khodakhah, Ph.D., de l'Albert Einstein College of Medicine, New York, et ses collègues à se demander s'il existait un lien direct entre le cervelet et le VTA, une structure cérébrale impliquée dans le contrôle des comportements de récompense et de motivation. . Pour examiner cela, les chercheurs ont utilisé une technique appelée optogénétique, dans laquelle les neurones des animaux sont génétiquement modifiés, afin qu'ils puissent être contrôlés à l'aide d'impulsions lumineuses. Les chercheurs ont utilisé cette technique chez la souris, activant les neurones du cervelet qui se connectaient au VTA. Les chercheurs ont découvert que l'activation des neurones cérébelleux entraînait une activation accrue dans le VTA des souris, indiquant une connexion fonctionnelle entre ces deux structures cérébrales.

Une fois la connexion neuronale entre ces deux structures cérébrales confirmée, les chercheurs ont cherché à savoir si les entrées du cervelet au VTA influençaient le comportement lié à la récompense et aux préférences sociales. Les chercheurs ont placé des souris dans une chambre ouverte de forme carrée et ont utilisé des impulsions lumineuses pour activer les neurones cérébelleux liés au VTA chaque fois que les souris entraient dans une partie spécifique de la chambre, appelée «quadrant de récompense». Les souris ont montré une forte préférence pour passer du temps dans le quadrant de récompense, choisissant librement de passer plus de 70 % de leur temps dans ce domaine. De plus, les chercheurs ont découvert que les souris étaient disposées à travailler pour l'activation dans cette zone du cerveau et à passer du temps dans des conditions qu'elles ne préféreraient généralement pas (zones claires contre zones plus sombres) pour recevoir cette activation. Ensemble, les résultats suggèrent que l'activation des projections cérébelleuses vers le VTA est gratifiante pour les souris et que le cervelet joue un rôle dans les comportements liés à la récompense.

Pour examiner si les entrées du cervelet dans le VTA ont eu un impact sur les comportements sociaux, les chercheurs ont testé des souris en utilisant une tâche sociale à trois chambres dans laquelle les souris pouvaient choisir de passer du temps dans une chambre avec une autre souris (la chambre sociale), dans un vide chambre centrale, ou dans une chambre contenant un objet non social. Au départ, les souris préféraient être dans la chambre sociale, mais après que les chercheurs aient désactivé les projections cérébelleuses dans le VTA, les souris n'ont plus montré cette préférence. De plus, l'extinction continue de la voie cérébelleuse-VTA s'est avérée empêcher complètement l'expression du comportement de préférence sociale chez les souris, des résultats qui indiquent que les entrées du cervelet dans le VTA sont nécessaires pour le comportement de préférence sociale chez les souris.

Les résultats de cette étude suggèrent un rôle potentiellement majeur – et auparavant non reconnu – du cervelet dans la création et le contrôle des comportements de récompense et de préférence sociale. Bien qu'il reste beaucoup à explorer, l'identification de cette voie neuronale directe peut aider à expliquer le rôle de ce circuit dans les troubles impliquant des systèmes liés à la récompense et au traitement social, tels que la toxicomanie, l'autisme et la schizophrénie, et peut indiquer un avenir cibles d'intervention et de gestion des symptômes.

« Le rôle des circuits cérébelleux dans les comportements pertinents pour la santé mentale est un domaine sous-étudié, dans lequel nous commençons tout juste à voir un intérêt accru, a déclaré Janine Simmons, M.D., Ph.D., chef du NIMH Social and Affective Neuroscience Program. « Nous sommes toujours ravis de voir des innovations de ce type dans les neurosciences comportementales, et ces résultats démontrent tout ce qu'il reste à apprendre. »

Dans de futures études, les chercheurs prévoient de tester si la voie cervelet-VTA peut être manipulée, à l'aide de médicaments ou d'optogénétique, pour traiter la dépendance et prévenir les rechutes après le traitement.

"Les anomalies cérébelleuses sont également liées à un certain nombre d'autres troubles mentaux tels que la schizophrénie", a déclaré le Dr Khodakhah. « Nous voulons savoir si cette voie joue également un rôle dans ces troubles. »

Ce communiqué de presse décrit un résultat de recherche fondamentale. La recherche fondamentale augmente notre compréhension du comportement humain et de la biologie, ce qui est fondamental pour faire progresser de nouvelles et meilleures façons de prévenir, diagnostiquer et traiter les maladies. La science est un processus imprévisible et progressif : chaque avancée de la recherche s'appuie sur des découvertes passées, souvent de manière inattendue. La plupart des avancées cliniques ne seraient pas possibles sans la connaissance de la recherche fondamentale fondamentale.

À propos de l'Institut national de la santé mentale (NIMH) : La mission du NIMH est de transformer la compréhension et le traitement des maladies mentales grâce à la recherche fondamentale et clinique, ouvrant la voie à la prévention, au rétablissement et à la guérison. Pour plus d'informations, visitez le site Web du NIMH.

À propos des National Institutes of Health (NIH) : Le NIH, l'agence nationale de recherche médicale, comprend 27 instituts et centres et fait partie du département américain de la Santé et des Services sociaux. Le NIH est la principale agence fédérale qui mène et soutient la recherche médicale fondamentale, clinique et translationnelle, et étudie les causes, les traitements et les remèdes pour les maladies courantes et rares. Pour plus d'informations sur le NIH et ses programmes, visitez www.nih.gov.

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Référence

Carta, I., Chen, C. H., Schott, A., Dorizan, S., & Khodakhah, K. (sous presse). Modulation cérébelleuse des circuits de récompense et du comportement social. Science. En ligne le 17 janvier 2019.


Informations sur Carl Wernicke

Carl Wernicke était un médecin allemand né en 1848. Il a été tué dans un accident en 1905, apparemment alors qu'il faisait du vélo. Wernicke est souvent classé comme neuropsychiatre. Il croyait que les patients souffrant de problèmes psychiatriques avaient des problèmes dans une région ou une voie spécifique de leur cerveau plutôt que dans le cerveau dans son ensemble.

Wernicke a découvert la région maintenant nommée en son honneur et a constaté que les dommages dans la région produisaient une aphasie. Il n'avait que 26 ans lorsqu'il publia les résultats de sa découverte. Il a qualifié le trouble résultant des dommages d'aphasie sensorielle. Le nom a ensuite été changé pour honorer son travail.

L'aphasie est souvent causée par des accidents vasculaires cérébraux, en particulier chez les personnes âgées. Cependant, les accidents vasculaires cérébraux surviennent également chez les jeunes. L'aphasie peut également se développer en raison de tumeurs, de traumatismes crâniens et d'infections.


Transmission d'agents pathogènes

Une infection commence par l'exposition à un agent pathogène. Le site naturel ou le foyer d'un agent pathogène est connu sous le nom de réservoir et peut être soit animé (humain ou animal) soit inanimé (eau, sol, nourriture). Un agent pathogène peut être prélevé dans son réservoir puis se propager d'un hôte infecté à un autre. Transporteurs jouent un rôle important dans la propagation de la maladie, car ils sont porteurs de l'agent pathogène mais ne présentent aucun symptôme évident de maladie. Une maladie qui survient principalement au sein des populations animales mais qui peut se propager à l'homme est appelée zoonose, while a hospital-acquired infection is known as a nosocomial infection.

The mechanism by which a pathogen is picked up by a host is referred to as mode de transmission, with the main mechanisms listed below:

Direct contact

Direct contact includes host-to-host contact, such as through kissing or sexual intercourse, where one person might come in contact with another person&rsquos skin or body fluids. An expectant mother may transmit a pathogen to her infant by vertical contact while pregnant, or during the act of giving birth.

Droplet transmission

Droplet transmission is often considered to be a form of direct contact as well. It involves transmission by respiratory droplets, where an infected host expels the pathogen in tiny droplets by coughing or sneezing, which are then inhaled by a host nearby. These droplets are not transmitted through the air over long distances, nor do they remain infectious for very long.

Indirect contact

Indirect contact involves the transfer of the infectious agent through some type of intermediary, such as a contaminated object or person. The pathogen might be deposited on an inanimate object, called a fomite, which is then used by another person. This could include a shared toy or commonly-touched surface, like a doorknob or computer keyboard. Alternatively, a healthcare worked might transmit a pathogen from one patient to another, if they did not change their gloves between patients.

Airborne transmission

Airborne transmission occurs due to pathogens that are in small particles or droplets in the environment, which can remain infectious over time and distance. An example might be fungal spores that are inhaled during a dust storm.

Fecal-oral transmission

Fecal-oral transmission occurs when an infected host is shedding the pathogen in their feces which contaminate food or water that is consumed by the next host.

Vectorborne transmission

Vectorborne transmission occurs when an arthropod vector, such as mosquitoes, flies, ticks, are involves in the transmission. Sometimes the vector just picks up the infectious agents on their external body parts and carries it to another host, but typically the vector picks up the infectious agent when biting an infected host. The agent is picked up in the blood, and then spread to the next host when the vector moves on to bite someone else.


Frog Dissection: External and Internal

  • Contributed by Shannan Muskopf
  • High School Biology Instructor at Granite City School District
  • Sourced from Biology Corner

External Anatomy

1. Observe the dorsal and ventral sides of the frog. Dorsal side color ___________ Ventral side color ____________

2. Examine the hind legs. How many toes are present on each foot? ______ Are they webbed? _____

3. Examine the forelegs. How many toes are present? ________Are the toes webbed? _______

4. Use a ruler to measure your from the tip of the head to the end of the frog's backbone. Compare the length of your frog to other frogs

5. Locate the frog's eyes, the nictitating membrane is a clear membrane that attached to the bottom of the eye. Use tweezers to carefully remove the nictitating membrane. You may also remove the eyeball.

What color is the nictitating membrane? _____________ What color is the eyeball? _________________

6. Just behind the eyes on the frog's head is a circular structure called the tympanic membrane. The tympanic membrane is used for hearing. Measure the diameter (distance across the circle) of the tympanic membrane. Diameter of tympanic membrane = ___________cm

7. Feel the frog's skin. Is it scaly or is it slimy? ____________

Anatomy of the Frog's Mouth

Pry the frog's mouth open and use scissors to cut the angles of the frog's jaws open. Cut deeply so that the frog's mouth opens wide enough to view the structures inside.

1. Locate the tongue. Play with the tongue. Does it attach to the front or the back of the mouth? __________ (You may remove the tongue). Draw a sketch of the tongue, paying attention to its shape.

2. In the center of the mouth, toward the back is a single round opening, the œsophage. This tube leads to the stomach. Use a probe to poke into the esophagus.

3. Close to the angles of the jaw are two openings, one on each side. Voici les Eustachian tubes. They are used to equalize pressure in the inner ear while the frog is swimming. Insert a probe into the Eustachian tube.

To what structure does the Eustachian tube attach? _____________________

4. Just behind the tongue, and before you reach the esophagus is a slit like opening. (You may need to use your probe to get it to open up). This slit is the glottis, and it is the opening to the lungs. The frog breathes and vocalizes with the glottis. Use your probe to open the glottis and compare that opening to the esophagus.

5. The frog has two sets of teeth. The vomerine teeth are found on the roof of the mouth. Les maxillary teeth are found around the edge of the mouth. Both are used for holding prey, frogs swallow their meals whole and do NOT chew. Run you finger over both sets of teeth and note the differences between them.

6. On the roof of the mouth, you will find the two tiny openings of the nostrils, if you put your probe into those openings, you will find they exit on the outside of the frog.

7. Label each of the structures underlined above.

Frog Dissection: Internal Anatomy

Dissection Instructions

  1. Place the frog in the dissecting pan ventral side up.
  2. Use scissors to lift the abdominal muscles away from the body cavity. Cut along the midline of the body to the forelimbs.
  3. Make transverse (horizontal) cuts near the arms and legs.
  4. Life the flaps of the body wall and pin back.

*If your specimen is a female, the body may be filled with eggs. You may need to remove these eggs to view the organs.

Locate each of the organs below. Check the box to indicate that you found the organs.

  1. Fat Bodies --Spaghetti shaped structures that have a bright orange or yellow color, if you have a particularly fat frog, these fat bodies may need to be removed to see the other structures. Usually they are located just on the inside of the abdominal wall.
  2. Péritoine ­ A spider-web like membrane that covers many of the organs you may carefully pick it off to get a clear view
  3. Le foie--The largest structure of the the body cavity. This brown colored organ is composed of three lobes. Les right lobe, les left anterior lobe, et le left posterior lobe. The liver is not primarily an organ of digestion, it does secrete a digestive juice called bile. Bile is needed for the proper digestion of fats.
  4. Cœur - at the top of the liver, the heart is a triangular structure. Les left and right atrium can be found at the top of the heart. Un seul ventricule located at the bottom of the heart. The large vessel extending out from the heart is the conus arteriosus.
  5. Poumons - Locate the lungs by looking underneath and behind the heart and liver. They are two spongy organs.
  6. Gall Bladder --Lift the lobes of the liver, there will be a small green sac under the liver. This is the gallbladder, which stores bile. (hint: it kind of looks like a booger)
  7. Estomac--Curving from underneath the liver is the stomach. The stomach is the first major site of chemical digestion. Frogs swallow their meals whole. Follow the stomach to where it turns into the small intestine. Les pyloric sphincter valve regulates the exit of digested food from the stomach to the small intestine.
  8. Small Intestine--Leading from the stomach. The first straight portion of the small intestine is called the duodénum, the curled portion is the iléon. The ileum is held together by a membrane called the mésentère. Note the blood vessels running through the mesentery, they will carry absorbed nutrients away from the intestine. Absorption of digested nutrients occurs in the small intestine.
  9. Gros intestin--As you follow the small intestine down, it will widen into the large intestine. The large intestine leads to the cloaca, which is the last stop before solid wastes, sperm, eggs, and urine exit the frog's body. (The word "cloaca" means sewer)
  10. Rate--Return to the folds of the mesentery, this dark red spherical object serves as a holding area for blood.
  11. Œsophage--Return to the stomach and follow it upward, where it gets smaller is the beginning of the esophagus. The esophagus is the tube that leads from the frogs mouth to the stomach. Open the frogs mouth and find the esophagus, poke your probe into it and see where it leads.

If you have not located each of the organs above, do not continue on to the next sections!

Removal of the Stomach:

Cut the stomach out of the frog and open it up. You may find what remains of the frog's last meal in there. Look at the texture of the stomach on the inside.

What did you find in the stomach?

Measuring the Small intestine: Remove the small intestine from the body cavity and carefully separate the mesentery à partir de cela. Stretch the small intestine out and measure it. Now measure your frog. Record the measurements below in centimeters. Frog length: _______ cm Intestine length ________ cm

Urogenital System

The frog's reproductive and excretory system is combined into one system called the urogenital system. You will need to know the structures for both the male and female frog

Reins - flattened bean shaped organs located at the lower back of the frog, near the spine. They are often a dark color. The kidneys filter wastes from the blood. Often the top of the kidneys have yellowish stringy fat bodies attached.

Testes - in male frogs, these organs are located at the top of the kidneys, they are pale colored and round.

Oviducts - females do not have testes, though you may see a curly structure around the outside of the kidney, these are the oviducts. Oviducts are where des œufs sont produits. Males can have structures that look similar, but serve no actual purpose. In males, they are called vestigial oviducts.

Vessie - An empty sac located at the lowest part of the body cavity. The bladder stores urine.

Cloaca - mentioned again as part of the urogenital system - urine, sperm and eggs exit here.

Label the parts of the urogenital system.

Post Lab Questions

1. The membrane holds the coils of the small intestine together: _________________________

2.This organ is found under the liver, it stores bile: ___________________________

3. Name the 3 lobes of the liver: _____________________, ____________________, ___________________

4. The organ that is the first major site of chemical digestion: _______________________

5. Eggs, sperm, urine and wastes all empty into this structure: __________________________

6. The small intestine leads to the: _______________________________

7. The esophagus leads to the: ______________________________

8. Yellowish structures that serve as an energy reserve: _________________________

9. The first part of the small intestine(straight part): ____________________________

10. After food passes through the stomach it enters the: _________________________

11. A web-like membrane that covers the organs: ___________________________

12. Regulates the exit of partially digested food from the stomach: _____________________

13. The large intestine leads to the _______________________

14. Organ found within the mesentery that stores blood: __________________________


Conclusion

Cruciform structures are fundamentally important for a wide range of biological processes, including DNA transcription, replication, recombination, control of gene expression and genome organization. The putative mechanistic roles of cruciform binding proteins in transcription, DNA replication, and DNA repair are shown in Figure 5. Alternative DNA structures, including cruciforms, are often formed at sites of negatively supercoiled DNA by perfect or imperfect inverted repeats of 6 or more nucleotides. Longer DNA palindromes present a threat to genomic stability as they are recognized by junction-resolving enzymes. Shorter palindromic sequences are essential for basic processes like DNA replication and transcription. The presence of cruciform structures may also play an important role in epigenetics, such that cruciform structures are protected from DNA methylation. For example, the Dam methylase is not able to modify its GATC target site when it occurs in a cruciform or hairpin conformation. The center of a long perfect palindrome located in bacteriophage lambda has also been shown to be methylation-resistant in vivo[40]. Moreover, the centers of long palindromes are hypo-methylated as compared to identical sequences in non-palindromic conformations [40]. To this end, transient cruciforms can directly influence DNA methylation and therefore provide another layer for regulation of the DNA code. Proteins that bind to cruciforms can be divided into several categories. In addition to a well defined group of junction-resolving enzymes, we have classified cruciform binding proteins into groups involved in transcription and DNA repair (PARP, BRCA1, p53, 14-3-3), chromatin-associated proteins (DEK, BRCA1, HMG protein family, topoisomerases), and proteins involved in replication (MLL, WRN, 14-3-3, helicases) (see Table 1). Within these groups are proteins indispensable for cell viability, as well as tumor suppressors, proto-oncogenes and DNA remodeling proteins. Similarly, triplet repeat expansion, a phenomenon important in several genetic diseases, including Friedreich's ataxia, cardiomyopathy, myotonic dystrophy type I and other neurological disorders, can change the spectrum of cruciform binding proteins. Lastly, single nucleotide polymorphisms and/or insertion/deletion mutations at inverted repeats located in promoter sites can also influence cruciform formation, which might be manifested through altered gene regulation. A deeper understanding of the processes related to the formation and function of alternative DNA structures will be an important component to consider in the post-genomic era.

Scheme of the putative mechanistic roles of cruciform binding proteins in transcription, DNA replication, and DNA repair. A) A model for the structure-specific binding of transcription factors to a cognate palindrome-type cruciform implicated in transcription. The equilibrium between classic B-DNA and the higher order cruciform favors duplex DNA, but, when cruciform binding proteins are present, they either preferentially bind to and stabilize the cruciform or bind to the classic form and convert it to the cruciform. This interaction results in both an initial melting of the DNA region covered by transcription factor and an extension of the melt region in both directions. The melting region continues to extend in response to the needs of the active transcription machinery. B) A model for the initiation of replication enhanced by extrusion to a cruciform structure. Dimeric cruciform binding proteins interact with and stabilize the cruciform structure. The replisome is assembled concomitantly and is assumed to include polymerases, single-strand binding proteins and helicases. C) Model for the influence of cruciform binding proteins on DNA structure in DNA damage regulation. Naked cruciforms are sensitive to DNA damage and are covered by proteins in order to protect these sequences from being cleaved. In these cases, a deficiency in cruciform binding proteins can lead to DNA breaks. Here, cruciform-DNA complexes can also serve as scaffolds to recruit the DNA damage machinery.