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Confusion sur les régions du cerveau - cortex temporal, hippocampe et substance blanche

Confusion sur les régions du cerveau - cortex temporal, hippocampe et substance blanche


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Je suis un informaticien travaillant avec des données cérébrales. J'ai des données de différentes régions du cerveau, et les régions sont appelées cortex temporal, cortex pariétal, hippocampe et substance blanche du cerveau antérieur. Je veux montrer ces régions sur une image du cerveau dans une présentation.

Le problème est que lorsque je recherche les images du cerveau en ligne, je ne trouve pas les régions mentionnées par mes données. Les régions dans les résultats de la recherche sont généralement appelées "lobe" plutôt que "cortex". Et lorsque je recherche "matière blanche du cerveau antérieur", les résultats concernent généralement la "matière blanche cérébrale". Je suis totalement confus. Voici quelques questions :

  1. « cortex » et « lobe » sont-ils la même chose ? Ou le cortex signifie-t-il la matière grise tandis que le lobe contient à la fois de la matière grise et de la matière blanche ?

  2. L'hippocampe contient-il de la matière grise et blanche ? Ou réside-t-il dans la face interne du lobe temporal, ce qui signifie qu'il se trouve dans la partie de la substance blanche du lobe temporal ?

  3. Le « cerveau antérieur » et le « cerveau » sont-ils la même chose ?

  4. Pourquoi l'hippocampe est-il considéré comme faisant partie du lobe temporal bien qu'il ait le côté long à l'extérieur du lobe temporal ?


  1. « Lobe » fait référence à une section du cortex cérébral, qui est la partie externe du cerveau. Le cerveau contient plusieurs structures, mais celle dont la plupart des gens se soucient est le cortex cérébral, qui est la couche de 2 à 4 mm d'épaisseur à la surface du cerveau. Le cortex cérébral (ou "cortex") est divisé en plusieurs lobes, par ex. lobe temporal, lobe occipital. Ainsi, le cortex et le lobe ne sont pas la même chose, en tant que subdivisions des lobes du cortex dans son ensemble. (Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Cerebral_cortex)
  2. L'hippocampe est une région du cortex dans le lobe temporal. Il est donc constitué de matière grise. Cependant, il est relié à plusieurs autres structures par la substance blanche (par exemple le fornix), et ces structures sont liées à l'hippocampe. (Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Hippocampus#Anatomy)
  3. Le cerveau antérieur fait référence au cerveau ainsi qu'à d'autres structures, telles que le thalamus et l'hypothalamus. Le cerveau antérieur est défini comme le télencéphale (qui est essentiellement le cerveau) et le diencéphale (qui contient le thalamus et l'hypothalamus). (Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Forebrain et https://en.wikipedia.org/wiki/Diencephalon)
  4. Je ne sais pas ce que vous entendez par le cortex temporal ayant "le côté long en dehors du lobe temporal", mais le cortex temporal et le lobe temporal sont fondamentalement la même chose.

Un rôle critique pour l'hippocampe dans l'évaluation des résultats imaginés

Affiliations Équipe Motivation, Cerveau et Comportement (MBB), Institut du Cerveau et de la Moelle Epinière (ICM), Paris, France, Service de Neuroradiologie, Hôpital Pitie-Salpetriere, Centre de NeuroImagerie de Recherche (CENIR), Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM), Paris, France, INSERM UMRS 975, CNRS UMR 7225, Université Pierre et Marie Curie (UPMC – Paris 6), Paris, France

Affiliation Institut de la Mémoire et de la Maladie d'Alzheimer, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France

Affiliations Service de Neuroradiologie, Hôpital Pitie-Salpetriere, Centre de NeuroImagerie de Recherche (CENIR), Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM), Paris, France, INSERM UMRS 975, CNRS UMR 7225, Université Pierre et Marie Curie (UPMC – Paris 6), Paris, France

Affiliations Service de Neuroradiologie, Hôpital Pitie-Salpetriere, Centre de NeuroImagerie de Recherche (CENIR), Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM), Paris, France, INSERM UMRS 975, CNRS UMR 7225, Université Pierre et Marie Curie (UPMC – Paris 6), Paris, France

Affiliations INSERM UMRS 975, CNRS UMR 7225, Université Pierre et Marie Curie (UPMC – Paris 6), Paris, France, Institut de la Mémoire et de la Maladie d'Alzheimer, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France

Affiliations INSERM UMRS 975, CNRS UMR 7225, Université Pierre et Marie Curie (UPMC – Paris 6), Paris, France, Centre Emotion, CNRS USR 3246, Hôpital Pitié-Salpêtrière, Paris, France

Affiliations Équipe Motivation, Cerveau et Comportement (MBB), Institut du Cerveau et de la Moelle Epinière (ICM), Paris, France, Service de Neuroradiologie, Hôpital Pitie-Salpetriere, Centre de NeuroImagerie de Recherche (CENIR), Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM), Paris, France, INSERM UMRS 975, CNRS UMR 7225, Université Pierre et Marie Curie (UPMC – Paris 6), Paris, France


Foi et matière grise : une nouvelle étude ne trouve aucune relation entre la structure du cerveau et la religiosité

La religion et la neurologie semblent souvent en désaccord une extension du gouffre discutable séparant la spiritualité et la science. En effet, en tentant d'expliquer la foi religieuse, les neuroscientifiques ont souvent cherché à mettre en évidence des différences subtiles dans la structure du cerveau qui pourraient confirmer une déficience ici ou une réduction là.

Une nouvelle étude préenregistrée hors des Pays-Bas, publiée dans le Journal Européen des Neurosciences, a cherché à tester des hypothèses importantes dans la littérature reliant la structure du cerveau à l'expérience religieuse au moyen d'une étude de grande puissance (c'est-à-dire ayant une grande taille d'échantillon), méthodologiquement robuste sur la religiosité et les différences structurelles du cerveau.

Selon les auteurs, cette nécessité découle d'une myriade d'incohérences méthodologiques dans les recherches antérieures, notamment de petites tailles d'échantillons, des tâches de test incorrectement validées et une confusion conceptuelle concernant les structures mesurées.

Ainsi, alors que les auteurs admettent volontiers que les mesures de connectivité cérébrale peuvent fournir une image plus nuancée et plus précise de la relation cerveau-religion, leur objectif principal était « d'établir (l'absence de) la relation entre la religiosité et les différences structurelles cérébrales à un niveau de rigueur méthodologique et statistique qui, nous l'espérons, établira une nouvelle norme pour les études futures.

En d'autres termes : dissiper les notions des relations les plus basiques et simplistes entre la structure du cerveau et l'expérience religieuse, ouvrant la voie à des approches plus sophistiquées.

Trois théories ont été mises à l'épreuve.

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Premièrement, le cortex orbitofrontal (OFC) a été impliqué dans la religiosité pour son rôle dans la surveillance des erreurs, qui, selon les théoriciens, doit être altéré pour accepter les doctrines religieuses. Les résultats précédents ont été mitigés, certains constatant que l'OFC était réduit en volume, d'autres agrandis.

Ensuite, l'atrophie ou le dysfonctionnement du lobe temporal a été associé à une hyper-religiosité, à une communication perçue avec Dieu et à des expériences religieuses qui changent la vie. Les auteurs ont ainsi testé si les aspects expérientiels de la religion étaient liés à un volume réduit dans les régions temporales, y compris l'hippocampe.

Enfin, les différences structurelles dans les lobes pariétals supérieurs et inférieurs sont soupçonnées d'être liées à une probabilité accrue d'expériences mystiques, au motif qu'une réduction du flux sanguin vers le lobe pariétal supérieur a été trouvée en relation avec des « expériences d'unité absolue » pendant la méditation, entre autres. .

Dans l'étude, 211 participants ont répondu à une série de questions sur la religiosité et les expériences religieuses, puis ont subi des analyses cérébrales par voxel et par région d'intérêt (ROI). De tels scans divisent le cerveau en « pixels » tridimensionnels (voxel = volume + pixel), qui peuvent ensuite être comparés entre les sujets d'une région particulière. Cela permet des tests de confirmation robustes des hypothèses et fournit un moyen simple de quantifier les différences dans la matière cérébrale.

En fin de compte, les auteurs ont trouvé pas de relation entre les différences structurelles du cerveau par rapport à la religiosité autodéclarée ou aux expériences mystiques, que ce soit en utilisant l'analyse du ROI ou l'analyse du cerveau entier. Pour conclure, ils recommandent que les recherches futures renoncent à de telles tentatives et se concentrent plutôt sur des approches fonctionnelles et multivariées.

Le besoin de comprendre les expériences religieuses et mystiques est profond et a conduit à une littérature scientifique riche et variée. Le débat se poursuit sur la meilleure méthode pour aborder la question neurologiquement, et la présente étude devrait aider à conduire à des méthodes de test plus appropriées.


2. Altérations de la myéline et fonctions associées dans le cerveau

La myéline est composée de membranes lipidiques compactées qui s'enroulent autour des axones de nombreux neurones, fournissant une isolation électrique et un soutien trophique. La myéline permet aux potentiels d'action de se propager le long d'un axone de manière saltatoire avec une vitesse plus élevée et une consommation d'énergie moindre. Alors que les cellules de Schwann myélinisent la glie dans le système nerveux périphérique (SNP), la myéline dans le système nerveux central (SNC) est formée de cellules progénitrices d'oligodendrocytes (OPC) qui se différencient en oligodendrocytes (OL) et forment des gaines de myéline entourant les axones. Des faisceaux d'axones myélinisés donnent lieu à l'apparition de la substance blanche. Le mécanisme et la fonction de la myéline dans la substance blanche ont été largement étudiés. Cependant, de nombreux axones de la matière grise qui contiennent les corps cellulaires neuronaux et les dendrites sont également myélinisés. Une étude récente a montré qu'une grande partie de la myéline néocorticale enveloppe les axones des neurones inhibiteurs locaux [18]. La myélinisation de la matière grise est beaucoup moins comprise et peut être régulée différemment en raison des microenvironnements distincts de la matière blanche et grise.

La myélinisation est importante pour établir la connectivité dans le cerveau en croissance en facilitant le transfert d'informations rapide et synchronisé à travers le système nerveux, ce qui est essentiel aux fonctions cognitives d'ordre supérieur. Autrefois considérée comme uniquement un isolant passif, l'altération de la myéline est maintenant connue pour être activement impliquée dans la fonction et le développement du SNC (voir la revue [19]). La perturbation de la myéline peut entraîner un dérèglement de divers circuits neuronaux et provoquer des symptômes de maladie. Découvrir les régulateurs de la myélinisation est devenu de plus en plus important pour le diagnostic et le traitement de ces maladies.


Comment les structures cérébrales des enfants se développent à mesure que la mémoire se développe

Notre capacité à stocker des souvenirs s'améliore pendant l'enfance, associée à des changements structurels de l'hippocampe et de ses connexions avec les cortex préfrontal et pariétal. Une nouvelle recherche de l'UC Davis explore comment ces régions du cerveau se développent à ce moment crucial. À terme, cela pourrait donner un aperçu des troubles qui apparaissent généralement lors de la transition vers et pendant l'adolescence et affectent la mémoire, tels que la schizophrénie et la dépression.

https://old.sciencedaily.com/cms/Situé au cœur du cerveau, l'hippocampe joue un rôle clé dans la formation des souvenirs. Cela ressemble à deux doigts incurvés partant d'une racine commune. Chaque branche est une structure repliée, avec des zones distinctes dans le pli supérieur et inférieur.

"Pendant longtemps, on a supposé que l'hippocampe ne se développait pas du tout après les deux premières années de la vie", a déclaré Joshua Lee, un étudiant diplômé du département de psychologie de l'UC Davis et du Center for Mind and Brain. On pensait que les améliorations de la mémoire étaient entièrement dues à des changements dans les couches externes du cerveau, ou cortex, qui gèrent l'attention et les stratégies. Mais cette image a commencé à changer au cours des cinq dernières années.

Récemment, Lee, le professeur Simona Ghetti au Center for Mind and Brain et Arne Ekström, professeur adjoint au UC Davis Center for Neuroscience, ont utilisé l'imagerie par résonance magnétique pour cartographier l'hippocampe chez 39 enfants âgés de 8 à 14 ans.

Alors que des sous-champs de l'hippocampe ont été cartographiés chez des humains adultes et des études animales, c'est la première fois qu'ils sont mesurés chez des enfants, a déclaré Ghetti.

"C'est vraiment important pour nous, car cela nous permet de comprendre l'hétérogénéité le long de l'hippocampe, qui a été examinée chez l'homme adulte et d'autres espèces", a déclaré Ghetti.

En examinant trois sous-régions - la cornu ammonis (CA) 1, CA3/gyrus denté et subiculum - ils ont constaté que les deux premières se développaient avec l'âge, avec la croissance la plus prononcée dans l'hippocampe droit. Ce n'est que chez les 25 pour cent les plus âgés des enfants, en quelques mois de chaque côté de 14, que la taille des trois régions a diminué.

Lorsqu'ils ont testé les performances de la mémoire des enfants, les enfants avec un plus grand CA3/gyrus denté avaient tendance à mieux performer, ont-ils découvert. Le travail a été publié en ligne le 15 mars par la revue Neuroimage.

Dans une étude connexe en collaboration avec le laboratoire du professeur Silvia Bunge à l'UC Berkeley, publiée le 27 mars dans Cortex cérébral, les chercheurs ont également démontré comment les connexions de la substance blanche projetant de l'hippocampe au cortex cérébral sont liées à la fonction de la mémoire chez les enfants.

Les tracts de "matière blanche" relient les régions préfrontales et pariétales du cortex cérébral, qui contrôlent la façon dont nous prêtons attention aux choses et nous engageons dans des stratégies de mémoire, avec le lobe média-temporel, la zone qui comprend l'hippocampe.

Dans l'étude, les enfants ont effectué un test de mémoire qui les a incités soit à mémoriser activement un élément - et donc à engager les cortex préfrontal et pariétal - soit à visualiser passivement une image. La capacité de moduler avec succès l'attention était liée au développement de voies de substance blanche reliant le cortex préfrontal et pariétal au lobe médiatemporal, a déclaré Ghetti, mais pas aux connexions fronto-pariétales.


Signification du système limbique

Le sens du terme « système limbique » a changé depuis l'époque de Broca. Il est toujours censé inclure des structures entre le cortex et l'hypothalamus et le tronc cérébral, mais différents spécialistes ont inclus différentes structures dans le cadre du système limbique. L'amygdale et l'hippocampe sont largement inclus, tout comme le cortex olfactif. À partir de là, cependant, les opinions divergent quant à ce qui est considéré comme faisant partie du système limbique, et ce qui est paralimbique, c'est-à-dire une structure qui interagit étroitement avec le système limbique mais n'en fait pas vraiment partie.


Le système nerveux central

Figure 4 le système nerveux central et ses composants

Le système nerveux central est divisé en un certain nombre de parties importantes (voir Figure 4), y compris la moelle épinière, chacune spécialisée pour exécuter un ensemble de fonctions spécifiques. Le télencéphale ou cerveau est un plus récent développement dans l'évolution du système nerveux des mammifères. Chez l'homme, il a à peu près la taille d'une grande serviette et lorsqu'il est froissé dans le crâne, il forme des sillons appelés sillons (forme singulière, sulcus). Les renflements entre les sillons sont appelés gyri (forme singulière, gyrus). Le cortex est divisé en deux hémisphères, et chaque hémisphère est en outre divisé en quatre lobes (figure 5a), qui ont des fonctions spécifiques. La division de ces lobes est basée sur deux sillons délimitants : le sillon central divise l'hémisphère en lobes frontal et pariétal-occipital et le sillon latéral marque le lobe temporal, qui se trouve en dessous.

Figure 5a Les lobes du cerveau

Juste en face du sillon central se trouve une zone appelée cortex moteur primaire (gyrus précentral), qui se connecte aux muscles du corps et les déplace sur commande volontaire. De la mastication aux mouvements des organes génitaux, la carte corporelle est représentée sur cette bande (Figure 5b).

Certaines parties du corps, comme les doigts, les pouces et les lèvres, occupent une plus grande représentation sur la bande que, disons, le tronc. Cette représentation disproportionnée du corps sur le cortex moteur primaire est appelée facteur de grossissement (Rolls & Cowey, 1970) et est observée dans d'autres aires motrices et sensorielles. À l'extrémité inférieure du sillon central, près du sillon latéral, se trouve la zone de Broca (figure 6b) dans le lobe frontal gauche, qui est impliquée dans la production du langage. Les dommages à cette partie du cerveau ont conduit Pierre Paul Broca, un neuroscientifique français en 1861, à documenter de nombreuses formes différentes d'aphasies, dans lequel ses patients perdraient la capacité de parler ou conserveraient une parole partielle appauvrie en syntaxe et en grammaire (AAAS, 1880). Il n'est pas étonnant que d'autres aient trouvé une répétition subvocale et des processus exécutifs centraux de la mémoire de travail dans ce lobe frontal (Smith & Jonides, 1997, 1999).

Figure 5b. Des parties spécifiques du corps comme la langue ou les doigts sont cartographiées sur certaines zones du cerveau, y compris le cortex moteur primaire.

Juste derrière le gyrus central, dans le lobe pariétal, se trouve le cortex somatosensoriel primaire (Figure 6a) sur le gyrus postcentral, qui représente l'ensemble du corps recevant des apports de la peau et des muscles. Le cortex somatosensoriel primaire est parallèle, bute et se connecte fortement au cortex moteur primaire et lui ressemble en termes de zones consacrées à la représentation corporelle. Tous les nerfs spinaux et certains nerfs crâniens (par exemple, le nerf facial) envoient des signaux sensoriels de la peau (par exemple, le toucher) et des muscles au cortex somatosensoriel primaire. Près de l'extrémité inférieure (ventrale) de cette bande, incurvée à l'intérieur du lobe pariétal, se trouve la zone gustative (cortex somatosensoriel secondaire), qui est impliquée dans les expériences gustatives provenant de la langue, du pharynx, de l'épiglotte, etc.

Figure 6a Le cortex somatosensoriel primaire

Juste en dessous du lobe pariétal, et sous l'extrémité caudale de la fissure latérale, dans le lobe temporal, se trouve la zone de Wernicke (Demonet et al., 1992). Cette zone est impliquée dans la compréhension du langage et est connectée à la zone de Broca par le faisceau arqué, des fibres nerveuses qui relient ces deux régions. Les dommages causés à la région de Wernicke (figure 6b) entraînent de nombreux types d'agnosie. L'agnosie est définie comme une incapacité à connaître ou à comprendre le langage et les comportements liés à la parole. Ainsi, un individu peut présenter une surdité verbale, qui est une incapacité à reconnaître le langage parlé, ou une cécité verbale, qui est une incapacité à reconnaître le langage écrit ou imprimé. À proximité de la zone de Wernicke se trouve le cortex auditif primaire, qui est impliqué dans l'audition, et enfin la région du cerveau consacrée à l'odorat (olfaction) est cachée à l'intérieur du cortex olfactif primaire (cortex prépyriforme).

Figure 6b Aire de Wernicke

Tout à l'arrière du cortex cérébral se trouve le lobe occipital abritant le cortex visuel primaire. Les nerfs optiques voyagent jusqu'au thalamus (noyau genouillé latéral, LGN) puis jusqu'au cortex visuel, où sont projetées les images reçues sur la rétine (Hubel, 1995).

Au cours des 50 à 60 dernières années, le sens visuel et les voies visuelles ont été largement étudiés, et notre compréhension à leur sujet s'est considérablement accrue. Nous comprenons maintenant que tous les objets qui forment des images sur la rétine sont transformés (transduction) en langage neuronal transmis au cortex visuel pour un traitement ultérieur. Dans le cortex visuel, tous les attributs (caractéristiques) de l'image, tels que la couleur, la texture et l'orientation, sont décomposés et traités par différents modules corticaux visuels (Van Essen, Anderson & Felleman, 1992) puis recombinés pour donner naissance à perception singulière de l'image en question.

Si nous coupons les hémisphères cérébraux au milieu, un nouvel ensemble de structures apparaît. Beaucoup d'entre eux remplissent différentes fonctions vitales pour notre être. Par exemple, le système limbique contient un certain nombre de noyaux qui traitent la mémoire (hippocampe et fornix) et l'attention et les émotions (gyrus cingulaire) le globus pallidus est impliqué dans les mouvements moteurs et leur coordination l'hypothalamus et le thalamus sont impliqués dans les pulsions, les motivations et trafic des débits sensoriels et moteurs. L'hypothalamus joue un rôle clé dans la régulation des hormones endocriniennes en conjonction avec l'hypophyse qui s'étend de l'hypothalamus à travers une tige (infundibulum).

Figure 7 L'intérieur du cerveau

Au fur et à mesure que nous descendons le thalamus, le mésencéphale apparaît avec les colliculi supérieur et inférieur, qui traitent les informations visuelles et auditives, tout comme la substance noire, qui est impliquée dans la célèbre maladie de Parkinson, et la formation réticulaire régulant l'éveil, le sommeil et la température. . Un peu plus bas, le cerveau postérieur avec le pont traite les informations sensorielles et motrices en utilisant les nerfs crâniens, fonctionne comme un pont qui relie le cortex cérébral à la moelle et transfère réciproquement les informations entre le cerveau et la moelle épinière. La moelle allongée traite la respiration, la digestion, la fonction cardiaque et des vaisseaux sanguins, la déglutition et les éternuements. Le cervelet contrôle la coordination des mouvements moteurs, l'équilibre, l'équilibre et le tonus musculaire.

Le mésencéphale et le cerveau postérieur, qui constituent le tronc cérébral, culminent dans la moelle épinière. Alors qu'à l'intérieur du cortex cérébral, la matière grise (corps cellulaires neuronaux) se trouve à l'extérieur et la matière blanche (axones myélinisés) à l'intérieur de la moelle épinière, cet arrangement s'inverse, car la matière grise réside à l'intérieur et la matière blanche à l'extérieur. Des nerfs appariés (ganglions) sortent de la moelle épinière, certains plus proches vers l'arrière (dorsal) et d'autres vers l'avant (ventral). Les nerfs dorsaux (afférents) reçoivent des informations sensorielles de la peau et des muscles, et les nerfs ventraux (efférents) envoient des signaux aux muscles et aux organes pour qu'ils répondent.


Publications

Les publications clés ci-dessous mettent en évidence les découvertes biologiques des chercheurs de l'Allen Institute for Brain Science. Ceux-ci comprennent également des descriptions détaillées des méthodes et des protocoles d'analyse. Une liste complète des publications de l'Institut Allen est disponible ici. Les publications relatives à la transcriptomique à cellule unique et à noyau unique peuvent être consultées sur la page « Explore » des taxonomies cellulaires.

Atlas pangénomique de l'expression des gènes dans le cerveau d'une souris adulte

Pendant plus d'une décennie, cet atlas hautement standardisé du cerveau de souris adultes a fourni une ressource de données primaire ouverte pour une grande variété d'études portant sur la structure et la fonction du cerveau. Une analyse à résolution fine impartiale a identifié des modèles d'expression génique hautement spécifiques montrant une diversité remarquable.

Anatomie génomique de l'hippocampe

Une analyse impartiale des données d'expression des gènes de l'hippocampe dans le Allen Mouse Brain Atlas a révélé une grande cohorte de gènes avec une expression hippocampique régionalisée robuste. Le compartiment CA3 peut être divisé en un ensemble de neuf domaines d'expression dans les axes septal/temporal et proximal/distal avec des limites réciproques sans chevauchement et des preuves de connectivité différentielle.

L'expression génique corrélée et la spécificité de la cible démontrent une projection excitatrice de la diversité des neurones

Cette étude décrit une approche systématique pour identifier les corrélats moléculaires de classes spécifiques de neurones de projection dans le cortex somatosensoriel primaire de souris en utilisant l'exploration de données ISH existante, la colocalisation de gènes marqueurs et un étiquetage rétrograde supplémentaire. La combinaison de l'expression génique et de la spécificité de la cible implique une grande diversité de classes de neurones de projection correspondant ou dépassant celle des interneurones GABAergiques.

Un atlas anatomiquement complet du transcriptome humain adulte

La variation à l'échelle du cerveau dans l'expression des gènes reflète fortement les distributions des principales classes de cellules telles que les neurones, les oligodendrocytes, les astrocytes et la microglie. La topographie spatiale du néocortex se reflète fortement dans sa topographie moléculaire - plus deux régions corticales sont proches, plus leurs transcriptomes sont similaires.

Le profilage de gènes à résolution cellulaire à grande échelle dans le néocortex humain révèle des signatures moléculaires spécifiques à l'espèce

Environ 80 % des gènes présentent une structuration d'expression cohérente dans le cortex de la souris et de l'homme. Des signatures moléculaires distinctes couvrent tous les principaux types de cellules, mais suggèrent principalement un passage des communications cortico-sous-corticales à des communications cortico-corticales plus prédominantes dans le cerveau humain.

Signatures génétiques canoniques du cerveau humain adulte

Les gènes présentant les modèles les plus reproductibles entre les cerveaux humains adultes sont hautement pertinents sur le plan biologique, avec un enrichissement pour les annotations liées au cerveau telles que les associations de maladies. De plus, la plupart des gènes sont exprimés dans l'un des rares modèles, correspondant aux types cellulaires et aux fonctions cellulaires. Un code de recherche pour reproduire les figures est inclus en tant que logiciel supplémentaire.

Un atlas spatio-temporel à haute résolution de l'expression génique du cerveau de souris en développement

Le moment des pics d'expression des gènes correspond à des phénomènes de développement distincts associés à des structures cérébrales spécifiques, le mésencéphale précédant les structures corticales. De plus, un code de facteur de transcription de 83 gènes identifie de manière unique l'âge et la région du cerveau.

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Cet atlas donne une vue complète du moment et de l'endroit où les gènes sont exprimés pendant le développement du cerveau, offrant ainsi un aperçu des changements dynamiques de l'expression des gènes au fil du temps. Par exemple, les gènes associés à l'autisme sont enrichis dans les neurones excitateurs nouvellement générés dans le cortex.

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Le développement prénatal est une période de changement rapide reflété dans l'utilisation des gènes, mais bon nombre des caractéristiques moléculaires du cerveau mature sont atteintes étonnamment tard dans le développement postnatal. La grande majorité - mais pas tous - de ces modèles sont conservés entre les espèces de primates.

Architecture transcriptionnelle du néocortex primate

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DISCUSSION

Les résultats de cette étude soutiennent notre hypothèse selon laquelle le FMS est associé à des changements significatifs dans la microstructure cérébrale des zones cérébrales connues pour être fonctionnellement liées aux principaux symptômes du FMS. De plus, des analyses corrélationnelles ont montré une association entre le degré de changements tissulaires microstructuraux et l'intensité de plusieurs symptômes majeurs du FMS.

L'un des symptômes les plus importants rapportés par les patients atteints de FMS est une douleur chronique généralisée et une sensibilité diffuse. Bien que le diagnostic clinique du FMS nécessite la présence de 11 des 18 points sensibles, la sensibilité accrue à la pression dans le FMS s'étend au-delà des points sensibles et implique tout le corps (25). Une étude utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle chez des patients atteints de FMS a démontré que l'application d'une pression légère pouvait entraîner des rapports subjectifs de douleur et une activation cérébrale qui étaient qualitativement et quantitativement similaires à de nombreux effets produits par l'application d'au moins deux fois la pression chez des témoins sains ( 26). Ces constatations sont corroborées par de nombreux résultats de notre étude.

Le cortex somatosensoriel primaire dans le cadre du gyrus postcentral, qui reçoit la majeure partie des projections thalamocorticales des champs d'entrée sensoriels, a montré des augmentations bilatérales et significatives de l'AF. En revanche, l'AF dans les régions thalamiques droite et gauche était significativement plus faible. Ces résultats sont en accord partiel avec ceux de 2 études récentes de patients atteints de FMS, dont l'une a démontré une diminution isolée de l'AF du thalamus droit en utilisant le DTI (17), et la seconde montrant une diminution des valeurs de GM dans le thalamus postérieur gauche. en utilisant une morphométrie à base de voxels (20). Ces disparités par rapport aux résultats actuels pourraient être dues à des localisations différentes des ROI au sein du thalamus.

On pense que les structures latérales, y compris les noyaux thalamiques ventérolatéraux, codent l'intensité de la douleur, tandis que les structures médiales, y compris le thalamus médial dorsal, codent les aspects émotionnels de la douleur (17, 27-30). Dans notre étude, la ROI était localisée davantage dans les structures thalamiques postérieures (principalement dans les noyaux postérieurs latéral et dorsal et le pulvinar), qui projettent des sensations nociceptives, thermoréceptives et de pression vers le cortex somatosensoriel primaire. On pourrait supposer qu'une FA réduite et une diminution des volumes de GM dans le thalamus suggèrent des changements dysfonctionnels. Cette zone cérébrale sert de relais et de filtre essentiel entre les structures vertébrales et corticales, et le dysfonctionnement thalamique peut donc entraîner une augmentation des entrées sensorielles « non filtrées » vers le cortex somatosensoriel primaire, qui, à son tour, répond par une augmentation de l'AF qui est probablement révélateur d'une plasticité accrue.

Nous n'avons trouvé aucune relation entre l'intensité de la douleur subjective et nos indicateurs de changements microstructuraux dans le cortex somatosensoriel primaire ou les noyaux sélectionnés du thalamus. Au lieu de cela, une augmentation de l'intensité de la douleur était associée à une augmentation de l'AF du gyrus frontal supérieur droit, une zone cérébrale montrée par l'IRM fonctionnelle comme étant activée par les composants affectifs de la douleur (31). Par rapport aux sujets témoins sains, nos patients avaient des valeurs de FA significativement plus élevées dans ce domaine. De plus, des parties du gyrus frontal supérieur droit ont également été impliquées dans l'autorégulation émotionnelle (32) et la douleur catastrophique dans le FMS (33). Le catastrophisme de la douleur est défini comme l'expérience de la douleur comme étant insupportable, horrible et affreuse et est connu pour être un facteur important de la chronification (34).

En plus de la douleur chronique généralisée, la fatigue débilitante et le sommeil non réparateur sont 2 des caractéristiques les plus importantes du SFM (35), et il existe un chevauchement considérable avec un autre trouble courant lié au stress, à savoir le SFC. Dans notre étude, le degré de fatigue était significativement corrélé avec les changements microstructuraux du gyrus frontal gauche et du gyrus cingulaire antérieur, et ces deux zones cérébrales ont montré des différences significatives dans les microcircuits par rapport à celles des témoins sains et non fatigués. D'autres rapports ont montré des différences dans la morphologie du cerveau entre les patients atteints de SFC et les témoins (36). Une étude récente utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle chez des patients atteints de SFC a montré des augmentations significatives de l'activité dans les zones cérébrales cingulaires et frontales au cours d'une tâche cognitive fatigante (37). De plus, l'attention et le traitement des informations du monde intérieur d'un individu ont été cartographiés sur les structures des lobes frontaux médians, y compris le gyrus frontal supérieur et le gyrus cingulaire (38). This could indicate that morphologic changes in these brain areas can lead to increased attention to physical changes and symptoms, including fatigue and pain, and to more pronounced emotional reactions to physical symptoms. This tendency is commonly seen in patients with FMS.

FMS is, however, not a homogeneous diagnosis but shows varying proportions of comorbid anxiety and depression that are dependent on the psychosocial characteristics of the patients ( 39 ). Major depression was excluded as a criterion in our patients, but anxiety was common in our FMS sample, as illustrated by the anxiety subscore of the FIQ. Patients with FMS showed bilateral microstructural changes in the amygdala, a brain area critical for the processing of fear and emotion ( 40 ). In addition, the degree of anxiety was related to ADC and FA values from the right superior frontal gyrus and the right anterior cingulate, and both brain areas in these patients showed significant differences in microstructure when compared with healthy controls.

The prominent role of morphologic changes in the anterior cingulate in stress-related disorders has also been illustrated by a recent study in patients with PTSD in which DTI was used ( 41 ). Comparable with our findings, patients with PTSD had significantly higher FA values in the right anterior cingulate, and the symptom intensity of PTSD tended to correlate with FA in this brain area. PTSD symptoms as a comorbidity were common in our patient sample, and the mean PTSD scores measured with the PTSS-10 instrument exceeded the threshold of 35 points that is required for PTSD diagnosis with this questionnaire ( 10 ). This again suggests that there is a considerable overlap of symptoms in stress-related disorders.

Similarly, our patients had structural changes in the amygdala, which has also been demonstrated in patients with PTSD ( 42 ). There is evidence, from functional MR imaging studies in PTSD, of a direct influence of the amygdala on the medial frontal regions, particularly the anterior cingulate ( 42 ). PTSD has also been conceptualized as a disorder in the encoding and retrieval of traumatic memories, with a particularly important role of the amygdala and the hippocampus, and microstructural changes in these brain areas have been reported in patients with PTSD ( 43 , 44 ), in patients with chronic pain ( 14 ), in patients with fibromyalgia ( 19 ), and in our patients as well.

Likewise, our patients had significantly lower hippocampal volumes, as has been described frequently in individuals with PTSD ( 44 ). It is of interest to note that ADC values in the hippocampus of our patients correlated negatively with the number of traumatic memories reported on the standardized questionnaire, including memories of pain. This suggests an increased microstructural complexity (reduced water diffusivity) of the hippocampus with an increase in traumatic memories.

A further important structure with documented involvement in both PTSD and FMS is the thalamus. A deactivation of this brain area has been shown in patients with PTSD during recall of traumatic information ( 45 , 46 ). In our study, we found weak, but statistically significant, correlations between PTSD stress-symptom intensity scores and ADC values in this brain area. The important role of the thalamus in FMS has been demonstrated in several other imaging studies, which have shown a decrease in GM in the left dorsal thalamus, a decrease in regional cerebral blood flow ( 47 ) by single-photon–emission computed tomography in the right thalamus, and significantly lower FA values in the right thalamus as measured by DTI ( 20 ).

In our patients, the decrease in FA was bilateral, and the posterior thalamus was the only brain area, besides the anterior part of the insular cortex, with a significant reduction in FA, whereas all other ROIs showed increases in FA. In this regard, several studies have shown that the anterior insula is related to olfactory, gustatory, and autonomic functions, as well as the experience of temperature and pain ( 48 ). The anterior insular cortex receives inputs from the venteromedial nucleus (posterior part) of the thalamus, which is highly specialized to convey emotional/homeostatic information such as pain, temperature, itch, and sensual touch. Furthermore, the insula is believed to play an important role in body representation and subjective emotional experience and processes convergent information to produce an emotionally relevant context for sensory experience. This is also illustrated by the fact that painful thermal stimuli resulted in bilateral activation of the insula in patients with PTSD, but not in comparable subjects without PTSD ( 49 ). These findings from PTSD and FMS studies suggest that a structural reorganization of the brain is taking place, possibly as a result of a continuous nociceptive input ( 50 ), a severe stress exposure ( 51 ), or a combination of these effects ( 49 ).

Our study, as well as other investigations using different modes of brain imaging in different stress-induced disorders, has demonstrated comparable structural changes in brain areas that are active in pain and sensory perception, introspection and body awareness, the coordination of sensory input with emotions, including emotional responses to pain, the regulation of fear and anxiety states, and the encoding and retrieval of traumatic memories. These findings point to the fact that the complex neuromatrices of stress and pain overlap at these brain structures. This could help to explain, on a microstructural level of the brain, how a sustained activation of the stress-regulation system, with its complex, delicately balanced interactions, can give rise to chronic pain.

In summary, our study provides evidence of alterations in brain microcircuitry, as measured by MR-DTI, that are correlated with FMS symptom intensity. MR-DTI could serve as an additive diagnostic technique in FMS and probably other functional somatic syndromes. This could also help to resolve the longstanding debate regarding the legitimacy of FMS ( 52 ), which originated from the subjective nature of FMS symptoms in the absence of an objective diagnostic approach.


Confusion about the brain regions - temporal cortex, hippocampus and and white matter - Biology

The brain is constantly adapting throughout a lifetime, though sometimes over critical, genetically determined periods of time. Neuroplasticity is the brain’s ability to create new neural pathways based on new experiences. It refers to changes in neural pathways and synapses that result from changes in behavior, environmental and neural processes, and changes resulting from bodily injury. Neuroplasticity has replaced the formerly held theory that the brain is a physiologically static organ, and explores how the brain changes throughout life.

Neuroplasticity occurs on a variety of levels, ranging from minute cellular changes resulting from learning to large-scale cortical remapping in response to injury. The role of neuroplasticity is widely recognized in healthy development, learning, memory, and recovery from brain damage. During most of the 20th century, the consensus among neuroscientists was that brain structure is relatively immutable after a critical period during early childhood. It is true that the brain is especially ” plastic ” during childhood’s critical period, with new neural connections forming constantly. However, recent findings show that many aspects of the brain remain plastic even into adulthood.

Plasticity can be demonstrated over the course of virtually any form of learning. For one to remember an experience, the circuitry of the brain must change. Learning takes place when there is either a change in the internal structure of neurons or a heightened number of synapses between neurons. Studies conducted using rats illustrate how the brain changes in response to experience: rats who lived in more enriched environments had larger neurons, more DNA and RNA, heavier cerebral cortices, and larger synapses compared to rats who lived in sparse environments.

A surprising consequence of neuroplasticity is that the brain activity associated with a given function can move to a different location this can result from normal experience, and also occurs in the process of recovery from brain injury. In fact, neuroplasticity is the basis of goal-directed experiential therapeutic programs in rehabilitation after brain injury. For example, after a person is blinded in one eye, the part of the brain associated with processing input from that eye doesn’t simply sit idle it takes on new functions, perhaps processing visual input from the remaining eye or doing something else entirely. This is because while certain parts of the brain have a typical function, the brain can be “rewired”—all because of plasticity.

Synaptic Pruning

“Synaptic (or neuronal or axon ) pruning” refers to neurological regulatory processes that facilitate changes in neural structure by reducing the overall number of neurons and synapses, leaving more efficient synaptic configurations. At birth, there are approximately 2,500 synapses in the cerebral cortex of a human baby. By three years old, the cerebral cortex has about 15,000 synapses. Since the infant brain has such a large capacity for growth, it must eventually be pruned down to remove unnecessary neuronal structures from the brain. This process of pruning is referred to as apoptosis, or programmed cell death. As the human brain develops, the need for more complex neuronal associations becomes much more pertinent, and simpler associations formed at childhood are replaced by more intricately interconnected structures.

Pruning removes axons from synaptic connections that are not functionally appropriate. This process strengthens important connections and eliminates weaker ones, creating more effective neural communication. Generally, the number of neurons in the cerebral cortex increases until adolescence. Apoptosis occurs during early childhood and adolescence, after which there is a decrease in the number of synapses. Approximately 50% of neurons present at birth do not survive until adulthood. The selection of the pruned neurons follows the “use it or lose it” principle, meaning that synapses that are frequently used have strong connections, while the rarely used synapses are eliminated.

Neuron growth: Neurons grow throughout adolescence and then are pruned down based on the connections that get the most use.

Synaptic pruning is distinct from the regressive events seen during older age. While developmental pruning is experience-dependent, the deteriorating connections that occur with old age are not. Synaptic pruning is like carving a statue: getting the unformed stone into its best form. Once the statue is complete, the weather will begin to erode the statue, which represents the lost connections that occur with old age.



Commentaires:

  1. Starling

    Me rejeter.

  2. Collyer

    figase O_O

  3. Davidson

    .Rarement. Vous pouvez dire cette exception :) des règles



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